光电电子技术

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光电电子技术范文第1篇

论文摘要：光电子器件和部件广泛应用于长距离大容量光纤通信、光存储、光显示、光互联、光信息处理、激光加工、激光医疗和军事武器装备，预期还会在未来的光计算中发挥重要作用。本文将介绍国内外光电子技术及光电子产业的发展。

如果说微电子技术推动了以计算机、因特网、光纤通信等为代表的信息技术的高速发展，改变了人们的生活方式，使得知识经济初见端倪，那么随着信息技术的发展，大容量光纤通信网络的建设，光电子技术将起到越来越重要的作用。美国商务部指出：“90年代，全世界的光子产业以比微电子产业高得多的速度发展，谁在光电子产业方面取得主动权，谁就将在21世纪的尖端科技较量中夺魁”。日本《呼声》月刊也有类似的评论：“21世纪具有代表意义 的主导产业，第一是光电子产业，第二是信息通信产业，第三是健康和福利产业……”，可以断言，光电子技术将继微电子技术之后再次推动人类科学技术的革命。

1 世界光电子技术和产业的发展

光纤通信技术的发展速度远远超过当初人们的预料，光纤已经成为通信网的重要传输媒介，现在世界上大约有60%的通信业务经光纤传输，到20世纪末将达到85%，但从目前光纤通信的整体水平来看，仍处于初级阶段，光纤通信的巨大潜力还没有完全开发出来。目前，各种新技术层出不穷，密集波分复用技术（DWDM，在同一根光纤内传输多路不同波长的光信号，以提高单根光纤的传输能力）、掺铒光纤放大器技术（EDFA，可将光信号直接放大，具有输出功率高、噪声小，增益带宽等优点）已取得突破性进展并得到广泛的应用。现在DWDM系统和光传输设备中，光电技术的比例将从过去比重不到10%达到90%。一种全新的、无需进行任何光电变换的光波通信——“全光通信”，由于波分复用技术和掺铒光纤放大器技术的进展，也日趋成熟，将在横跨太平洋和大西洋的通信系统上首次使用，给全球的通信业带来蓬勃生机。为此提供支撑的就是半导体光电子器件和部件。光电子器件和技术已形成一个快速增长的、巨大的光电子产业，对国民经济的发展起着越来越大的作用。美国光电子产业振兴协会估计，到2003年，光电子产业的总产值将达2000亿美元。

Internet应用的飞速增长对电信骨干网带宽提出越来越高的需求，为满足需求的增长，人们可以铺设更多的光纤，或靠提高单路光的信息运载量（现在主干网可以分别工作在2.5Gbps和10Gbps，并已有40Gbps的演示性设备）。但更主要的方法却是靠发展波分复用技术，增加光纤内通光的路数（光波分复用的实验记录已经达到2.64Tbps）。波分复用技术的普遍运用为光电子器件和部件提供了广阔的、快速增长的市场。无限战略公司的报告指出：“信号传输用 1.31μm和1.55μm激光器市场1999年达到13亿美元，比去年增加23%；1.48μm信号放大用激 光器1999年市场份额达到1.6亿美元，比去年增加33%；980nm信号放大用激光器销售额达2.9 亿美元，比去年增长121%。整个激光器市场的份额1999年达18亿美元，预期2003年将达到30 亿美元”。美国通信工业研究公司（CIR）的研究预测，北美市场光电子部件的市场规模将由目前的28亿美元增长到2003年的61亿美元，约每年增长18.5%。密集波分复用设备销售额也将从1998年的22亿美元增加到2004年的94亿美元。报告称虽然10年内全光通信还不会全面商业化，但是全光交换将在几年内成为市场主流，报告也指出尽管光学部件市场被大公司所占据，但仍有创新性公司进入的可能。

2 我国的光电子技术和产业

近10年来我国光电子技术研究在国家“863”计划和有关部门的支持下有了突飞猛进的进展，在很多领域同国外先进国家只有两三年的距离，个别领域还处于世界领先地位。

国内光电子有关产业基地在光电子器件、部件和子系统（如激光器、探测器、光收发模块、EDFA、无源光器件）等已经占领了国内较大的市场份额，初步具备同国外大公司竞争的能力，在毫无市场保护的情况下，靠自己的力量争得了一席之地，市场营销逐年有较大的增长，个别产品还取得国际市场相关产品中的销量最大的成绩。我国相应研究发展基地和本领域高 技术公司的许多产品填补了国内相关产品的空白，打破国外产品在市场上的垄断地位，同时争取进入国际市场。

掺铒光纤放大器（EDFA）是高速大容量光纤通信系统必需的关键部件，国内企业产品占国内市场40%的份额。我国也是目前国际上少数几个有能力研制PIC和OEIC的国家。808nm大功率激 光器及其泵浦的固体绿光激光器，670nm红光激光器已产品化和商品化并批量占领国际市场。国内移动通信的光纤直放站所用的光电器件，90%使用国产器件，国产1.55μmDFB激光器 战胜了国外器件，占领了100%的国内市场。

但是，我们应当认识到在我国光电子技术发展中，光电子器件、部件虽是光通信、光显示、光存储等高技术产业的关键部分，但在整个系统和设备成本中所占的比重较小，其产值较低，目前科研开发主要处于跟踪和小批量生产阶段，光电子产业所需的规模化、产业化生产技术目前还未有实质突破；国内研究生产的光电器件和部件有相当部分还未能满足整机和系统的要求，导致国外器件占据国内市场相当多的份额；在机制上仍未摆脱科研、生产、市场相互脱离的状况。

光电电子技术范文第2篇

1光电子技术的发展现状

1.1国内发展现状

1995年光电子技术总产值约10亿美元，2001年中国光电子产业产值超过800亿元，目前继续高速发展中。近年来，中国光电子技术的研究水平已大体上趋于与国际同步发展的态势，整机系统以及器件的生产、制造等相关产业如雨后春笋般涌现，并呈现出一定的发展势头，我国光电子信息产业链基本形成。

近几年，由于光电子技术研究开发体系的不完整，促使训练一批高水准的光电子技术研究开发队伍成为迫在眉睫的任务。二十世纪以来，中国科学院建立了半导体研究机构，武汉邮电科学研究院建立信息发展研究部，中国科学院在长春建立了光学精密研究所，一些大学，如清华大学、吉林大学、天津大学、东南大学、南开大学、华中科技大学等也先后建立了光电子技术研究所，并同时组建起高水平的研究开发队伍。截止到2016年，各高等院校及研究机构已经在光电子材料、制作技术、器械等方面取得了突破，并有了显著进展。

1.2国外发展现状

在国内外光电子产业中，对于光通讯产业来说，在2003年其增长速率跌落到谷底，与此同时，其回升斜率缓慢，但是，光电子技术、光显示技术以及光存储技术在各个产业中慢慢显露头角，应用范围越来越广，在照明装置及各类信号指示器中，半导体发光二极管取得了极高的使用率，若照这样发展下去，人类有望在固态照明的新领域开拓出一片绿洲。

光电子产业中，以美国和欧洲的发展为领头羊，美国和欧洲在光电子产业中的发展决定了整个产业的走向。发达国家早就已经意识到，光电子产业是一个朝阳产业，人类对其认识还尚处在皮毛阶段，光电子技术的发展空间广阔，可以渗透到各行各业并发挥出色。在二十世纪初，发达国家的科学家们就开始进行大量的基础研究工作。世界光电子技术产业的布局目前由传统的仪器设备和元器件，向高技术为主的产业技术转换的趋势。就目前来说，从技术高新、竞争激烈度和推动作用大致分为：现在技术，如激光和液晶技术；未来技术，如太阳能技术和LED技术。液晶技术又可以细分为显示屏的尺寸，显示屏的分辨率及刷新频率；激光技术里有固体、气体，输出功率等指标。不过，LED技术目前只有亮度这一单一技术指标。对于未来技术中的太阳能来说，关键之处在于高效的把太阳光线聚集到足够小的体积内，并且，用高分子材料作大口径聚焦镜不单是空间重量问题，也是技术加速降低成本的关键。

2光电子技术应用与推广

近几年，光电子技术如洪水猛兽，迅猛发展，越来越多的领域意识到其重要性及不可替代性。同时，光电子技术凭借其普适性，不仅在微加工这类基础工业中发挥出色，更是在微机电系统、系统集成这种精密系统中起到了关键作用。特别突出的是，光电子技术在激光产业、LED产业、太阳能产业有着重要的作用。

2.1激光产业

2.1.1科学技术

激光具有很好的相干性、方向性、单色性和高能量密度，正是因为这些特点，在各个学科领域，激光都或多或少有所涉及，并形成了新的学科。如：激光材料加工、激光信息存储与处理、激光光谱学、激光医学及生物学、激光印刷、军用激光技术、激光核聚变及激光化学等，激光的应用在一定程度上促进了这些领域的科学技术进步与发展。

2.1.2国民产业

激光现在我国正逐步成型，其中包括激光音像、激光加工、激光医疗、激光全息及激光印刷设备等，这些产业对我国经济增长起到了举足轻重的作用。例如，目前为止生产激光音像设备的企业举国上下已有400多家，1998年激光产业已逐渐发展成为年产值90亿元以上的新兴产业。又如，将激光全息技术做一个拓展，应用于装饰装修业及全息模压防伪商标，不仅生活得到了极大的便利，相关国民产业也得到了迅猛的发展。

2.1.3医疗产业

激光医疗技术在医疗卫生方面现已起到不可或缺的作用。对眼科来说，屈光性角膜切除术、虹膜切除术、巩膜切除等手术均需要激光设备方可实施。激光在医疗诊断方面也效果出色，如激光荧光光谱测量技术被利用于诊断腹内肿瘤，激光多普勒技术用于探测细胞的流动及轨迹。

2.2太阳能产业

2.2.1太阳能发电

二十世纪末，由于各国工业水平的提高，能源的需求量也日渐增加，因此，人类开始进入了能源短缺的时期。能源是否高效，是否清洁成为了能源能否为人类长期使用的先決条件。目前，人类能源供应主要还是以煤炭为主，而煤炭是不可再生资源，消耗殆尽是迟早的事。为此，各大能源科研机构绞尽脑汁想找出新的可替代能源。而太阳能光伏发电不失为一种极好的替代选择。只要在光伏发电中应用光电子技术，使用得当的话，光伏发电的转换效率可以得到很大的提高，前景广阔。太阳能发电的方式通常有两种，其一是半导体或金属材料的温差发电，真空器件中的热电子和热电离子发电，碱金属热电转换，以及磁流体发电等；另一种方式是将太阳热能通过热机（如汽轮机）带动发电机发电，与常规热力发电类似，只不过是其热能不是来自燃料，而是来自太阳能。

2.3LED产业

2.3.1交通灯

适用于交通管制的信号灯，现已由LED制成。LED信号灯占到整个LED市场的10%。LED主要有以下两个优点：一是寿命长，由于交通信号灯需要在户外使用，易损耗，而寿命长的LED灯可以保证使用多年而不需要更换。与交通信号灯易损坏完美的契合。二是节能环保，LED耗电相当低，直流驱动，超低功耗，电光功率转换接近30%，在相同照明效果条件下比传统光源节能近80%。

2.3.2景观灯

在照明领域里，景观灯占据LED材料应用一席之地，原因是，在光强相同的条件下，它所消耗的电能仅有普通白炽灯的百分之十，相比于一些大功率的射灯、气体灯，电能的节约效果越发明显。

3结论

作为时下新兴的一门朝阳学科，光电子技术凭借其在能源，材料，基础技术等方面的杰出表现，成功的被大家公认为最有前途的新技术。若加以有效的发展及应用，必将有效的推动社会科技的进步及经济的发展

参考文献

[1]吕晶晶.浅谈光电子技术的应用[J].科技资讯，2010（30）：6.

[2]李强.光电子技术及产业发展[J].中国新技术新产品，2008（15）：97.

[3]于静，车俊铁，张吉月.太阳能发电技术综述[J].世界科技研究与发展，2008（01）：56-59.

作者单位

湖北省黄石市第二中学湖北省黄石市435003

光电电子技术范文第3篇

关键词：光电子技术基础；理论教学；实验教学；

一、引言

2013年安庆师范学院物理与电气工程学院为适应学校筹建多科性大学的需要，开设了光电信息科学与技术专业。针对光电专业特点，安庆师范学院在2015年新开设了光电子技术基础课程。光电子技术是研究光与物质中的电子相互作用及能量相互转换的相关技术，主要应用于信息领域包括光通信系统、光纤传感、光电显示以及光存储，医疗，生物科学，激光加工和军事等领域。我国已经形成了发展潜力巨大的光电子产业，掌握光电子技术有助于提升光电专业学生的专业素质和就业竞争力。针对课程特点，我们对该课程的理论课教学做了初步的研究并根据课程特点开设了配套实验课，取得了良好的教学效果。

二、理论教学

第一，课程设置。根据学校对专业的定位，为了能够培养出社会应用型人才，我们选择安毓英主编的《光电子技术》作为主要参考教材，主要介绍光电子领域中光源、光辐射的传播、光束的调制和光探测等关键技术的基本原理和应用实例。针对课程特点重点介绍光电子技术的实际应用，有必要跟踪反映国内外的一些新技术和新设备的动态，充分拓展学生的视野和知识面[1]。对于基础原理的把握需要学生学习一些先修课程，包括激光原理与技术、电磁场与电磁波、半导体物理学以及物理光学等。有了这些基础知识储备，在教学过程中可以将更多的课时放在光电子器件及其发展的介绍上，通过这一门课程的学习真正培养学生的职业能力和专业素质。

第二，教学方法多样性。我们在教学中采取多种教学方法并存的教学模式。结合传统板书教学，充分利用多媒体教学的优势[2]。首先，内容引入。在每一章内容的开始，通过剪辑一段与章节内容相关的视频或者图片集播放展示，用比较直观的方式让学生了解接下来这一章他们将要学习的内容，给学生留下思考题，让他们带着问题开始接下来的学习，激发学生的学习兴趣。其次，建立联系。根据“光电子技术基础”课程偏应用型的特点，通过联想法将课本学习内容与现实生活联系起来，使教学内容深入浅出。比如介绍光通信系统，就可以联想到学生常用的手机，通过介绍手机实现通话的过程：包括信号调制、信号传输、信号接收和信号解调等，涵盖了光电子技术在通信领域应用的多个模块；在讲光敏电阻时可以联系城市里根据亮度自动开关的路灯。通过这些生活中的实例，激发学生的求知欲。最后，反转课堂。加强学生的课堂互动，开设学生讲堂。将学生分成若干小组，3-5人一组。老师讲授基本原理后，布置课后任务，每组分别就一个课题准备10分钟左右的PPT。每一次课最后留15分钟时间让学生展示他们搜集到的资料以及对学习内容的理解。并采取学生互评和老师评价相结合的模式打分，成绩计入平时成绩。

三、配套实验教学

第一，基础实验。针对课程特点，我们引入了配套实验，使所学理论知识与实验有机结合，提高教学效果[3]。光电子技术基础课程教学中，关于光调制和光探测技术的内容介绍了多种调制原理以及探测器件，在学习完相关理论知识后，我们开设相应的配套实验课程。包括电光调制、声光调制和磁光调制的原理演示实验。以及包含多种探测原件的光电探测器特性测试实验平台，该平台涉及的光电探测器包括光敏电阻、光电二极管、APD光电二极管、PIN光电二极管、光电三级管、硅光电池等，涵盖了几乎所有类型的光电探测器。学生可以测试这些探测器的短路电流、开路电压、伏安特性、光电特性、频率响应特性、光谱特性和灵敏度等相关特性，并综合对比不同类别的探测器性能，帮助学生理解如何根据不同场合选用不同的探测器。理论与实验的结合使学生既可以根据所学原理知识自己动手做实验增强动手能力，又可以通过观察实验现象对所学理论知识有更直观的理解，加深对基本原理的掌握。

第二，创新实验。除了传统的验证式本科实验教学，我院还引进了光电技术创新实训平台。提供多种光电器件的应用模块、设计模块、各种数字表头以及设计中所需要的电子元器件，并配备有各种电源接口。学生可以根据提供的实验模块开展各种实验，充分展示自己的创新思维，将所掌握的光电器件真正应用到实际生活中。包括光敏电阻光控开关、热释电报警器和硅光电池光照度计等二十余种光电仪器的设计，都可以通过该实训平成。通过实验教学，极大地提高了学生的动手能力及创新意识，为社会培养出具备实际应用能力的高素质人才，最终达到服务社会的目的。

四、考核方式

根据课程安排特点，学生的最终考核成绩以平时成绩、实验成绩和期末考试成绩相结合。其中，平时成绩占20%（包括考勤、作业和学生讲堂），考试卷面成绩占50%，实验成绩占30%，综合考察学生的学习态度、自学能力、接受新知识的能力和实验创新能力。通过实际教学验证，这种理论与实验相结合的教学方式取得了良好的教学效果。

参考文献：

[1]罗敏.“光电子技术基础原理”教学方法探讨[J].求知导刊2014(10)

[2]于雪莲，顾国华.《光电子技术》教学方法的探讨[J].高教论坛2009(9)

光电电子技术范文第4篇

关键词：声光控制；照明；电路；设计

近些年来，节能减排是我国倡导的发展观念。而避免资源浪费不仅是我国各行业企业需要做的工作，还应该落实及贯彻到各类生活场景中。过去阶段，我国学校、工厂、小区等场所因为夜晚照明灯常亮造成大量电能损失。而手控照明灯的引用虽然有效降低了夜晚照明灯使用的电能，但存在一定的不变。随着科学技术的不断发展，现如今已经研发出一种声光控制照明电路，该电路的设计突破了传统的照明控制方法，并带来了质的飞跃。

1声光控制照明电路设计意义

过去阶段，我国公共照明灯一般都采用手动式的开关方式。如在住宅小区的楼梯过道中，夜晚居民想要打开灯光还需触碰开关装置，这样就会给夜晚视力不好的居民带来一些困扰。还有在一些厂区、学校等地，夜晚路灯彻夜不关，这就会带来能源上的浪费。再到后来，出现了声控灯，这种照明电路的设计虽然为夜晚行人带来了方便，但其存在一个弊端，就是白天时候也受声音影响而开灯。人们为解决这一问题只好定时定点的开关总电源，这样一来，虽然起到了节能目的，但为加大了管理负担。而声光控制照明电路的设计，可有效改善上述所有问题。通过声源和光源的双重控制，为照明设备的使用和管理带来很大便捷。同时，该照明电路应用范围也很广泛，只要不是封闭场所，大多都可以使用。

2基于电子技术的声光控制照明电路总方案设计

声光照明电路总方案设计的原理：首先，在该电路接收到声信号时，会由声电装换装置把声信号改变为电信号。此时的电信号相对薄弱且频率不一致，所以会经过放大电路和处理电路的加工，使之成为频率一致且适用于控制电路的控制信号。其次，在这一过程中，当电路接收到的光信号相对薄弱时，该部分的控制会打开，且受光信号的影响一直处于恒定状态。此时，该电路的整体开关就受到声源的影响。反之，若处于白天时，电路接收到的光信号强烈，会关闭光控部分，此时声控部分则无法发挥控制作用。所以，该电路的原理是以光信号作为基础条件，以声信号来进行控制。声光控制照明电路的的设计刚好满足使用者对声光控制照明设备的使用需求.即在白天或太阳光较亮时，人们可视性较高，则不需要照明。这时，电路受光源影响处于限制状态，不会因为接受来的声音而亮灯。在夜晚太阳光微弱时，人们视力受黑暗的影响，看不清周围食物，所以这时需要照明设备。该电路在夜晚时处于可触发状态，受声音影响开关，人们只需要发出脚步声或其他声音，就可以打开照明设备。在没有声音时及开启一定时间之后，该设备自动关闭。

3各电路设计

3.1电源电路电流电路的设计需要保证电路正常工作及满足声光控制照明电路工作原理，同时还需要保证电流电路整体结构简单化，不可过于复杂。要满足以上条件，可从电流电路中降压器、稳压器、整流器以及滤波器这四个装置的选用着手。其中降压装置选用的是稳压二极管。在输出稳压直流后需要经过降压电容器（C1）、全桥整流器（QD）以及滤波电容（C2）后，在经过稳压二极管（DW）进行稳压，从而得到稳定的、满足照明电路需要的电压。电源电路的各类元器件及参数的选择需要结合电路的实际需求。首先，通过计算得出，全桥整流器（QD）应该选用型号为1A300V的二极管。其次稳压二极管的选用可根据声光控制照明电路稳压直流电源电压，该电压而+9V，所以可选用型号为2CW57的稳压二极管，这个型号的稳压二极管稳定电压为8.5V到9.5V，所以符合电路需求。再次，降压电容器（C1）的选用型号需要根据电源电压。合理情况下，降压电容器的耐压值应该是电源电压的两倍以上，如400V及400V以上耐压的电容器则可适用。最后，滤波器的型号选择可根据RC时间常数大于3到5倍电源半周期这一原理进行选择。3.2信号放大电路信号放大线路的设计可分为拾音器和放大器两个部分。在压电蜂鸣器（拾音装置）选择上，要保证内部压电陶瓷片灵敏性较高，并且价格不贵，从而保证整体电路的灵敏。拾音器可选用电压蜂鸣器HTD35A-1这个型号的装置，该型号装置采集到声音之后，会通过压电陶瓷片的绕曲变形产生微弱的电效应。这时，电信号在通过电路进入直藕式音频放大器，使这个电信号放大。同时，再经过T3时，对产生倒向放大，从而触发单稳态电路。3.3控制电路声光控制照明电路的控制电路图。555是时基电路，它的四角受到光敏三极管不同阻抗的改变来控制高低电平，而光敏三极管阻抗的变化受光源强弱的影响，具体可分为以下两种情况：（1）强制复位状态。在白天光敏三极管感受较大光照时，单稳态触发器会应较大阻抗的影响，造成输出低电平，这就就处于强制复位状态。在强制复位状态下，555不会产生翻转置位，所以声光控制照明不会发亮。（2）在夜晚光敏三极管感受光照小，则单稳态触发器受到的阻抗就小，则输出高电平，555处于单稳态触发状态。而如果此时拾音器接收到了声音，产生了声信号，通过加工形成极大电流，并触发单稳触发器，改变555状态，产生翻转置位，使可控硅触发倒通，这样一来声光控制照明就会亮，并保持一定时间段，即120S。在该电路中，各类元器件的选择要符合声光控制照明电路的特点，所以单稳态触发电路中的定时原件应该满足灯光持续120S这一需求。而三极管可选用型号3DK2。改电路电容为滤波电容，所以C9应按选用小电容，如0.01μ。3.4光电传感器电路光电传感器电路设计也要满足该照明电路的需求。如对光源的敏感程度、光谱响应范围灯，只有贴切实际选用最为合适的，才能使声光控制照明设备正常使用。如光敏三极管的选用型号可为3DU5，该型号的光敏三极管的光谱响应范围正好符合需求，电压工作范围也在6V到8V之间。

4总结

声光控制照明电路为人们夜间生活带来很大便捷，并发挥着节省电能源的作用。并且，声光控制照明电路可完全自动化开关，节省了人力。这种自动化的操作模式及节省能源的设计理念，正是二十一世纪时展的产物。该电路的设计过程需要结合声光控制原理及电路特性，各元器件的选择也要满足实际需求，只有这样，才能确保声光控制照明电路能够正常使用。

参考文献

[1]贺廉云.基于电子技术的声光控制照明电路设计[J].电子世界,2014,(21):27-27,32.

[2]李素平.声光控制延时开关电路系统设计[J].电子世界,2016,(13):197,199.

[3]李桂兰.声光控制路灯电路的设计[J].电子制作,2013,(7):17.

[4]黄程云,韩哲.智能照明节电控制新技术[J].节能技术,2013,31(6):572-574.

[5]李桂兰.声光控制路灯电路的设计[J].电子制作,2013,(6):23.

光电电子技术范文第5篇

关键词：甄别电压 单光子计数 信噪比

中图分类号：TN152 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）11-0053-02

1、引言

随着生物医学检测技术的发展，在弱光检测领域，对光信号功率要求越来越低，信噪比要求越来越高，当光电流强度比在室温下的热噪声水平（10-14W）低时，如何把这种淹没在噪声中的光信号从噪声中提取出来是一个至关重要的问题，尤其是在光子计数率很低的时候。本文从实验方面间接的确定单光子计数器的甄别电压，通过实验和曲线拟合证明了改变这些参数时信噪比的变化。

2、单光子计数系统的基本原理

单光子计数系统的原理框图如图1所示

当入射到光电倍增管的光信号经过倍增后，形成了光子脉冲输出，然后在经过前置放大器对光子脉冲进行放大，通常情况下，光电倍增管的噪声脉冲比单光子脉冲的幅度小，因此，利用甄别电路把噪声脉冲和单光子脉冲区分开来，是至关重要的，当输入脉冲电压高于甄别电压V时，甄别器输出标准的脉冲，当输入脉冲低于甄别电压时，甄别器无输出。

3、实验研究

影响单光子计数系统的光子计数的因素有很多，其中阴极电压、积分时间、阈值、输入功率以及有无光照，均能影响光子计数。分别从改变输入光功率、积分时间等方面观察对光子计数率与信噪比的影响，用Matlab曲线拟合判断光子计数率与功率、信噪比与积分时间之间的关系，最后分别改变积分时间、阴极电压、入射光功率P观察其对甄别电压的影响。

为了不致引起混淆，作以下规定：光电倍增管接收到的光功率简称接收光功率P，光功率计测出的入射光功率简称入射光功率P，噪声计数用N表示，信号计数用N表示，噪声计数和信号计数的总计数为光子计数N。

3.1　实验测得光计数率R与理论光计数率R的关系

如图2所示，当没有噪声计数时，光子计数率R与接收光功率P成线性关系，即R=ηP/，当光电倍增管的接收光功率很小时，噪声计数占多数，实际光子计数率大于理论光子计数率，当光功率增大时，光电倍增管的输出脉冲会出现重叠现象，即脉冲堆积效应，实际光子计数率小于理论光子计数率，所以，实际光子计数率与接收光功率P不能成线性关系。

3.2　光子计数器的信噪比

用光电倍增管探测光子数量，发射的光子在时间上服从泊松分布，也就是说在探测到上一个光子后的时间间隔t内，探测到n个光子的概率为P（n，t）==，其中，η是光电倍增管的量子计数效率，R是光子平均流量，N是在时间间隔t内光电倍增管阴极发射的光电子平均数。由泊松分布的标准偏差得到：，这个偏差值反应光信号的涨落，也就是光源的噪声，常称为光子噪声，因此，被测信号本征信噪比SNR为：SNR=　=，可见，测量结果的信噪比SNR正比于测量时间间隔t的平方根。

实际上，光电倍增管的光阴极和各倍增极还有热电子发射，即在没有入射光时，仍有暗记数，当用扣除背景计数工作方式时，SNR==，当信号计数N小于噪声计数N时，信噪比小于1，此时测量无意义，当SNR=1时，对应的接收信号功率P即为仪器的探测灵敏度。由以上分析可知，在弱光测量中，为获得一定得信噪比，可增加测量时间间隔t。

3.3　最佳甄别电压

取积分时间相同为1000ms，选用透光率相同的减光片，接收光功率分别取为1.91×10-13W，1.65×10-13W，1.93×10-13W，2.26×10-13W，2.61×10-13W，试验曲线如图3，4所示。

从图3可以看出，接收光功率不同时，最佳甄别电压大致相同，为11V，即最佳甄别电压不随接收光功率的改变而改变，同时，噪声计数和信号计数均随接收光功率的增大而增大，并且呈现出一定的比例的增大。

当光功率恒定取2.26×10-13W时，通过改变积分时间，来验证微分曲线，分别取积分时间为500ms，1000ms，1500ms，2000ms，2500ms，试验曲线如图4所示；从图4可以看出，积分时间不同时，最佳甄别电压大致相同，为11V，即最佳甄别电压不随采样间隔与积分时间的改变而改变，同时，噪声计数和信号计数均随接收光功率的增大而增大，并且呈现出一定的比例的增大。

4、结语

在单光子计数实验中，运用MATLAB软件对实验数据进行拟合，发现最佳甄别电压不随外界光功率和积分时间的变化而变化，同时，增大光功率，延长积分时间均能增大信噪比。所以可以将有用信号和噪声信号同时放大，通过微分曲线能够更加明显的显示出最佳甄别电压，同时也增大了信噪比。

参考文献

[1]李维勇，常大定.单光子计数系统的研究[D].华中科技大学学报，2007.

[2]周荣楣.光电倍增管展望[J].光电子技术，2000.

[3]曹根瑞.以光子计数技术为基础的极低照度测量[J].哈尔滨理工大学学报，2002.