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光子计数探头为什么没有增益调节能力?

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光电倍增管可以通过调节倍增级电压来调节光电倍增管的增益,也可以称为调节光电倍增管的放大倍数,比如常见的裸管R928,我们可以调节工作电压来调节放大倍数,那调节电压和放大倍数的关系如下图所示:



那常见的光电倍增管模块,如H10721,我们则可以调节外部的增益电压来调节光电倍增管模块的放大倍数,那调节电压和放大倍数的关系如下图所示:



但是客户常问,常见的光子计数探头模块,比如H10682和CH299,他们也属于光电倍增管模块,为什么没有增益调节的功能呢?


首先,光子计数探头模块不同于常见的光电倍增管模块,他是在电流型光电倍增管模块的基础上增加了如下的光子信号处理电路。



该电路能将单个光子激发的脉冲信号,经过放大、鉴别、整形后输出对应的光子数逻辑脉冲。所以,我们能够通过输出的脉冲数来进行光子的计数。


当光电倍增管接收的光亮从一个很强的范围变到单个光子信号时,光电倍增管的输出会产生一个很明显的变化,可以参考下图:



一般的光电倍增管模块由于后端没有信号处理电路,直接输出就是光电倍增管本身的信号。此时,如果我们对光电倍增管进行增益调节,可以有效地放大信号,可以参考下图:



光子计数探头模块,由于探测的光强特别微弱,基本都是以单个光子的形式出现,此时光电倍增管的输出就会如下图所示,每一个脉冲都代表一个光子信号。此时,如果我们增加对光子计数探头的增益,可以看到会有显著提高,在单个光子激发脉冲的高度,但是,对应的脉冲个数没有发生变化,也就是说,增加增益不会对光子个数产生影响。



同时,如果我们增加光子探头的增益,在放大光子激发脉冲高度的同时,也会放大噪声信号,如果放大的噪声信号超过后面鉴别器的检测下限,反而会引起由于引入噪声计数而导致测量的不准确。所以,光子计数探头需要一个合适的增益,在放大微弱信号的同时,还能够做到噪声和信号的分离,实现真正的光子信号探测输出。



如下图所示,当我们改变光电倍增管的工作电压时,信噪比会在一段区间内基本保持不变,那我们把这段曲线也称之为坪特性曲线,在这段范围内,增益的增加对计数值没有明显地增加,所以,一般的光子计数探头的增益电压设置在坪区的电压范围之内,可以得到一个稳定的计数值。



因此,光子计数探头在出厂前,我们都已经将光子计数探头的工作电压调节在一个稳定的工作电压范围之内,所以,在收到货后,我们只需要提供供电电压,光子计数探头就可以正常工作了。



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