光電電子技術

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光電電子技術范文第1篇

論文摘要：光電子器件和部件廣泛應用于長距離大容量光纖通信、光存儲、光顯示、光互聯、光信息處理、激光加工、激光醫療和軍事武器裝備，預期還會在未來的光計算中發揮重要作用。本文將介紹國內外光電子技術及光電子產業的發展。

如果說微電子技術推動了以計算機、因特網、光纖通信等為代表的信息技術的高速發展，改變了人們的生活方式，使得知識經濟初見端倪，那么隨著信息技術的發展，大容量光纖通信網絡的建設，光電子技術將起到越來越重要的作用。美國商務部指出：“90年代，全世界的光子產業以比微電子產業高得多的速度發展，誰在光電子產業方面取得主動權，誰就將在21世紀的尖端科技較量中奪魁”。日本《呼聲》月刊也有類似的評論：“21世紀具有代表意義 的主導產業，第一是光電子產業，第二是信息通信產業，第三是健康和福利產業……”，可以斷言，光電子技術將繼微電子技術之后再次推動人類科學技術的革命。

1 世界光電子技術和產業的發展

光纖通信技術的發展速度遠遠超過當初人們的預料，光纖已經成為通信網的重要傳輸媒介，現在世界上大約有60%的通信業務經光纖傳輸，到20世紀末將達到85%，但從目前光纖通信的整體水平來看，仍處于初級階段，光纖通信的巨大潛力還沒有完全開發出來。目前，各種新技術層出不窮，密集波分復用技術（DWDM，在同一根光纖內傳輸多路不同波長的光信號，以提高單根光纖的傳輸能力）、摻鉺光纖放大器技術（EDFA，可將光信號直接放大，具有輸出功率高、噪聲小，增益帶寬等優點）已取得突破性進展并得到廣泛的應用。現在DWDM系統和光傳輸設備中，光電技術的比例將從過去比重不到10%達到90%。一種全新的、無需進行任何光電變換的光波通信——“全光通信”，由于波分復用技術和摻鉺光纖放大器技術的進展，也日趨成熟，將在橫跨太平洋和大西洋的通信系統上首次使用，給全球的通信業帶來蓬勃生機。為此提供支撐的就是半導體光電子器件和部件。光電子器件和技術已形成一個快速增長的、巨大的光電子產業，對國民經濟的發展起著越來越大的作用。美國光電子產業振興協會估計，到2003年，光電子產業的總產值將達2000億美元。

Internet應用的飛速增長對電信骨干網帶寬提出越來越高的需求，為滿足需求的增長，人們可以鋪設更多的光纖，或靠提高單路光的信息運載量（現在主干網可以分別工作在2.5Gbps和10Gbps，并已有40Gbps的演示性設備）。但更主要的方法卻是靠發展波分復用技術，增加光纖內通光的路數（光波分復用的實驗記錄已經達到2.64Tbps）。波分復用技術的普遍運用為光電子器件和部件提供了廣闊的、快速增長的市場。無限戰略公司的報告指出：“信號傳輸用 1.31μm和1.55μm激光器市場1999年達到13億美元，比去年增加23%；1.48μm信號放大用激 光器1999年市場份額達到1.6億美元，比去年增加33%；980nm信號放大用激光器銷售額達2.9 億美元，比去年增長121%。整個激光器市場的份額1999年達18億美元，預期2003年將達到30 億美元”。美國通信工業研究公司（CIR）的研究預測，北美市場光電子部件的市場規模將由目前的28億美元增長到2003年的61億美元，約每年增長18.5%。密集波分復用設備銷售額也將從1998年的22億美元增加到2004年的94億美元。報告稱雖然10年內全光通信還不會全面商業化，但是全光交換將在幾年內成為市場主流，報告也指出盡管光學部件市場被大公司所占據，但仍有創新性公司進入的可能。

2 我國的光電子技術和產業

近10年來我國光電子技術研究在國家“863”計劃和有關部門的支持下有了突飛猛進的進展，在很多領域同國外先進國家只有兩三年的距離，個別領域還處于世界領先地位。

國內光電子有關產業基地在光電子器件、部件和子系統（如激光器、探測器、光收發模塊、EDFA、無源光器件）等已經占領了國內較大的市場份額，初步具備同國外大公司競爭的能力，在毫無市場保護的情況下，靠自己的力量爭得了一席之地，市場營銷逐年有較大的增長，個別產品還取得國際市場相關產品中的銷量最大的成績。我國相應研究發展基地和本領域高 技術公司的許多產品填補了國內相關產品的空白，打破國外產品在市場上的壟斷地位，同時爭取進入國際市場。

摻鉺光纖放大器（EDFA）是高速大容量光纖通信系統必需的關鍵部件，國內企業產品占國內市場40%的份額。我國也是目前國際上少數幾個有能力研制PIC和OEIC的國家。808nm大功率激 光器及其泵浦的固體綠光激光器，670nm紅光激光器已產品化和商品化并批量占領國際市場。國內移動通信的光纖直放站所用的光電器件，90%使用國產器件，國產1.55μmDFB激光器 戰勝了國外器件，占領了100%的國內市場。

但是，我們應當認識到在我國光電子技術發展中，光電子器件、部件雖是光通信、光顯示、光存儲等高技術產業的關鍵部分，但在整個系統和設備成本中所占的比重較小，其產值較低，目前科研開發主要處于跟蹤和小批量生產階段，光電子產業所需的規?；?、產業化生產技術目前還未有實質突破；國內研究生產的光電器件和部件有相當部分還未能滿足整機和系統的要求，導致國外器件占據國內市場相當多的份額；在機制上仍未擺脫科研、生產、市場相互脫離的狀況。

光電電子技術范文第2篇

1光電子技術的發展現狀

1.1國內發展現狀

1995年光電子技術總產值約10億美元，2001年中國光電子產業產值超過800億元，目前繼續高速發展中。近年來，中國光電子技術的研究水平已大體上趨于與國際同步發展的態勢，整機系統以及器件的生產、制造等相關產業如雨后春筍般涌現，并呈現出一定的發展勢頭，我國光電子信息產業鏈基本形成。

近幾年，由于光電子技術研究開發體系的不完整，促使訓練一批高水準的光電子技術研究開發隊伍成為迫在眉睫的任務。二十世紀以來，中國科學院建立了半導體研究機構，武漢郵電科學研究院建立信息發展研究部，中國科學院在長春建立了光學精密研究所，一些大學，如清華大學、吉林大學、天津大學、東南大學、南開大學、華中科技大學等也先后建立了光電子技術研究所，并同時組建起高水平的研究開發隊伍。截止到2016年，各高等院校及研究機構已經在光電子材料、制作技術、器械等方面取得了突破，并有了顯著進展。

1.2國外發展現狀

在國內外光電子產業中，對于光通訊產業來說，在2003年其增長速率跌落到谷底，與此同時，其回升斜率緩慢，但是，光電子技術、光顯示技術以及光存儲技術在各個產業中慢慢顯露頭角，應用范圍越來越廣，在照明裝置及各類信號指示器中，半導體發光二極管取得了極高的使用率，若照這樣發展下去，人類有望在固態照明的新領域開拓出一片綠洲。

光電子產業中，以美國和歐洲的發展為領頭羊，美國和歐洲在光電子產業中的發展決定了整個產業的走向。發達國家早就已經意識到，光電子產業是一個朝陽產業，人類對其認識還尚處在皮毛階段，光電子技術的發展空間廣闊，可以滲透到各行各業并發揮出色。在二十世紀初，發達國家的科學家們就開始進行大量的基礎研究工作。世界光電子技術產業的布局目前由傳統的儀器設備和元器件，向高技術為主的產業技術轉換的趨勢。就目前來說，從技術高新、競爭激烈度和推動作用大致分為：現在技術，如激光和液晶技術；未來技術，如太陽能技術和LED技術。液晶技術又可以細分為顯示屏的尺寸，顯示屏的分辨率及刷新頻率；激光技術里有固體、氣體，輸出功率等指標。不過，LED技術目前只有亮度這一單一技術指標。對于未來技術中的太陽能來說，關鍵之處在于高效的把太陽光線聚集到足夠小的體積內，并且，用高分子材料作大口徑聚焦鏡不單是空間重量問題，也是技術加速降低成本的關鍵。

2光電子技術應用與推廣

近幾年，光電子技術如洪水猛獸，迅猛發展，越來越多的領域意識到其重要性及不可替代性。同時，光電子技術憑借其普適性，不僅在微加工這類基礎工業中發揮出色，更是在微機電系統、系統集成這種精密系統中起到了關鍵作用。特別突出的是，光電子技術在激光產業、LED產業、太陽能產業有著重要的作用。

2.1激光產業

2.1.1科學技術

激光具有很好的相干性、方向性、單色性和高能量密度，正是因為這些特點，在各個學科領域，激光都或多或少有所涉及，并形成了新的學科。如：激光材料加工、激光信息存儲與處理、激光光譜學、激光醫學及生物學、激光印刷、軍用激光技術、激光核聚變及激光化學等，激光的應用在一定程度上促進了這些領域的科學技術進步與發展。

2.1.2國民產業

激光現在我國正逐步成型，其中包括激光音像、激光加工、激光醫療、激光全息及激光印刷設備等，這些產業對我國經濟增長起到了舉足輕重的作用。例如，目前為止生產激光音像設備的企業舉國上下已有400多家，1998年激光產業已逐漸發展成為年產值90億元以上的新興產業。又如，將激光全息技術做一個拓展，應用于裝飾裝修業及全息模壓防偽商標，不僅生活得到了極大的便利，相關國民產業也得到了迅猛的發展。

2.1.3醫療產業

激光醫療技術在醫療衛生方面現已起到不可或缺的作用。對眼科來說，屈光性角膜切除術、虹膜切除術、鞏膜切除等手術均需要激光設備方可實施。激光在醫療診斷方面也效果出色，如激光熒光光譜測量技術被利用于診斷腹內腫瘤，激光多普勒技術用于探測細胞的流動及軌跡。

2.2太陽能產業

2.2.1太陽能發電

二十世紀末，由于各國工業水平的提高，能源的需求量也日漸增加，因此，人類開始進入了能源短缺的時期。能源是否高效，是否清潔成為了能源能否為人類長期使用的先決條件。目前，人類能源供應主要還是以煤炭為主，而煤炭是不可再生資源，消耗殆盡是遲早的事。為此，各大能源科研機構絞盡腦汁想找出新的可替代能源。而太陽能光伏發電不失為一種極好的替代選擇。只要在光伏發電中應用光電子技術，使用得當的話，光伏發電的轉換效率可以得到很大的提高，前景廣闊。太陽能發電的方式通常有兩種，其一是半導體或金屬材料的溫差發電，真空器件中的熱電子和熱電離子發電，堿金屬熱電轉換，以及磁流體發電等；另一種方式是將太陽熱能通過熱機（如汽輪機）帶動發電機發電，與常規熱力發電類似，只不過是其熱能不是來自燃料，而是來自太陽能。

2.3LED產業

2.3.1交通燈

適用于交通管制的信號燈，現已由LED制成。LED信號燈占到整個LED市場的10%。LED主要有以下兩個優點：一是壽命長，由于交通信號燈需要在戶外使用，易損耗，而壽命長的LED燈可以保證使用多年而不需要更換。與交通信號燈易損壞完美的契合。二是節能環保，LED耗電相當低，直流驅動，超低功耗，電光功率轉換接近30%，在相同照明效果條件下比傳統光源節能近80%。

2.3.2景觀燈

在照明領域里，景觀燈占據LED材料應用一席之地，原因是，在光強相同的條件下，它所消耗的電能僅有普通白熾燈的百分之十，相比于一些大功率的射燈、氣體燈，電能的節約效果越發明顯。

3結論

作為時下新興的一門朝陽學科，光電子技術憑借其在能源，材料，基礎技術等方面的杰出表現，成功的被大家公認為最有前途的新技術。若加以有效的發展及應用，必將有效的推動社會科技的進步及經濟的發展

參考文獻

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[3]于靜，車俊鐵，張吉月.太陽能發電技術綜述[J].世界科技研究與發展，2008（01）：56-59.

作者單位

湖北省黃石市第二中學湖北省黃石市435003

光電電子技術范文第3篇

關鍵詞：光電子技術基礎；理論教學；實驗教學；

一、引言

2013年安慶師范學院物理與電氣工程學院為適應學校籌建多科性大學的需要，開設了光電信息科學與技術專業。針對光電專業特點，安慶師范學院在2015年新開設了光電子技術基礎課程。光電子技術是研究光與物質中的電子相互作用及能量相互轉換的相關技術，主要應用于信息領域包括光通信系統、光纖傳感、光電顯示以及光存儲，醫療，生物科學，激光加工和軍事等領域。我國已經形成了發展潛力巨大的光電子產業，掌握光電子技術有助于提升光電專業學生的專業素質和就業競爭力。針對課程特點，我們對該課程的理論課教學做了初步的研究并根據課程特點開設了配套實驗課，取得了良好的教學效果。

二、理論教學

第一，課程設置。根據學校對專業的定位，為了能夠培養出社會應用型人才，我們選擇安毓英主編的《光電子技術》作為主要參考教材，主要介紹光電子領域中光源、光輻射的傳播、光束的調制和光探測等關鍵技術的基本原理和應用實例。針對課程特點重點介紹光電子技術的實際應用，有必要跟蹤反映國內外的一些新技術和新設備的動態，充分拓展學生的視野和知識面[1]。對于基礎原理的把握需要學生學習一些先修課程，包括激光原理與技術、電磁場與電磁波、半導體物理學以及物理光學等。有了這些基礎知識儲備，在教學過程中可以將更多的課時放在光電子器件及其發展的介紹上，通過這一門課程的學習真正培養學生的職業能力和專業素質。

第二，教學方法多樣性。我們在教學中采取多種教學方法并存的教學模式。結合傳統板書教學，充分利用多媒體教學的優勢[2]。首先，內容引入。在每一章內容的開始，通過剪輯一段與章節內容相關的視頻或者圖片集播放展示，用比較直觀的方式讓學生了解接下來這一章他們將要學習的內容，給學生留下思考題，讓他們帶著問題開始接下來的學習，激發學生的學習興趣。其次，建立聯系。根據“光電子技術基礎”課程偏應用型的特點，通過聯想法將課本學習內容與現實生活聯系起來，使教學內容深入淺出。比如介紹光通信系統，就可以聯想到學生常用的手機，通過介紹手機實現通話的過程：包括信號調制、信號傳輸、信號接收和信號解調等，涵蓋了光電子技術在通信領域應用的多個模塊；在講光敏電阻時可以聯系城市里根據亮度自動開關的路燈。通過這些生活中的實例，激發學生的求知欲。最后，反轉課堂。加強學生的課堂互動，開設學生講堂。將學生分成若干小組，3-5人一組。老師講授基本原理后，布置課后任務，每組分別就一個課題準備10分鐘左右的PPT。每一次課最后留15分鐘時間讓學生展示他們搜集到的資料以及對學習內容的理解。并采取學生互評和老師評價相結合的模式打分，成績計入平時成績。

三、配套實驗教學

第一，基礎實驗。針對課程特點，我們引入了配套實驗，使所學理論知識與實驗有機結合，提高教學效果[3]。光電子技術基礎課程教學中，關于光調制和光探測技術的內容介紹了多種調制原理以及探測器件，在學習完相關理論知識后，我們開設相應的配套實驗課程。包括電光調制、聲光調制和磁光調制的原理演示實驗。以及包含多種探測原件的光電探測器特性測試實驗平臺，該平臺涉及的光電探測器包括光敏電阻、光電二極管、APD光電二極管、PIN光電二極管、光電三級管、硅光電池等，涵蓋了幾乎所有類型的光電探測器。學生可以測試這些探測器的短路電流、開路電壓、伏安特性、光電特性、頻率響應特性、光譜特性和靈敏度等相關特性，并綜合對比不同類別的探測器性能，幫助學生理解如何根據不同場合選用不同的探測器。理論與實驗的結合使學生既可以根據所學原理知識自己動手做實驗增強動手能力，又可以通過觀察實驗現象對所學理論知識有更直觀的理解，加深對基本原理的掌握。

第二，創新實驗。除了傳統的驗證式本科實驗教學，我院還引進了光電技術創新實訓平臺。提供多種光電器件的應用模塊、設計模塊、各種數字表頭以及設計中所需要的電子元器件，并配備有各種電源接口。學生可以根據提供的實驗模塊開展各種實驗，充分展示自己的創新思維，將所掌握的光電器件真正應用到實際生活中。包括光敏電阻光控開關、熱釋電報警器和硅光電池光照度計等二十余種光電儀器的設計，都可以通過該實訓平成。通過實驗教學，極大地提高了學生的動手能力及創新意識，為社會培養出具備實際應用能力的高素質人才，最終達到服務社會的目的。

四、考核方式

根據課程安排特點，學生的最終考核成績以平時成績、實驗成績和期末考試成績相結合。其中，平時成績占20%（包括考勤、作業和學生講堂），考試卷面成績占50%，實驗成績占30%，綜合考察學生的學習態度、自學能力、接受新知識的能力和實驗創新能力。通過實際教學驗證，這種理論與實驗相結合的教學方式取得了良好的教學效果。

參考文獻：

[1]羅敏.“光電子技術基礎原理”教學方法探討[J].求知導刊2014(10)

[2]于雪蓮，顧國華.《光電子技術》教學方法的探討[J].高教論壇2009(9)

光電電子技術范文第4篇

關鍵詞：聲光控制；照明；電路；設計

近些年來，節能減排是我國倡導的發展觀念。而避免資源浪費不僅是我國各行業企業需要做的工作，還應該落實及貫徹到各類生活場景中。過去階段，我國學校、工廠、小區等場所因為夜晚照明燈常亮造成大量電能損失。而手控照明燈的引用雖然有效降低了夜晚照明燈使用的電能，但存在一定的不變。隨著科學技術的不斷發展，現如今已經研發出一種聲光控制照明電路，該電路的設計突破了傳統的照明控制方法，并帶來了質的飛躍。

1聲光控制照明電路設計意義

過去階段，我國公共照明燈一般都采用手動式的開關方式。如在住宅小區的樓梯過道中，夜晚居民想要打開燈光還需觸碰開關裝置，這樣就會給夜晚視力不好的居民帶來一些困擾。還有在一些廠區、學校等地，夜晚路燈徹夜不關，這就會帶來能源上的浪費。再到后來，出現了聲控燈，這種照明電路的設計雖然為夜晚行人帶來了方便，但其存在一個弊端，就是白天時候也受聲音影響而開燈。人們為解決這一問題只好定時定點的開關總電源，這樣一來，雖然起到了節能目的，但為加大了管理負擔。而聲光控制照明電路的設計，可有效改善上述所有問題。通過聲源和光源的雙重控制，為照明設備的使用和管理帶來很大便捷。同時，該照明電路應用范圍也很廣泛，只要不是封閉場所，大多都可以使用。

2基于電子技術的聲光控制照明電路總方案設計

聲光照明電路總方案設計的原理：首先，在該電路接收到聲信號時，會由聲電裝換裝置把聲信號改變為電信號。此時的電信號相對薄弱且頻率不一致，所以會經過放大電路和處理電路的加工，使之成為頻率一致且適用于控制電路的控制信號。其次，在這一過程中，當電路接收到的光信號相對薄弱時，該部分的控制會打開，且受光信號的影響一直處于恒定狀態。此時，該電路的整體開關就受到聲源的影響。反之，若處于白天時，電路接收到的光信號強烈，會關閉光控部分，此時聲控部分則無法發揮控制作用。所以，該電路的原理是以光信號作為基礎條件，以聲信號來進行控制。聲光控制照明電路的的設計剛好滿足使用者對聲光控制照明設備的使用需求.即在白天或太陽光較亮時，人們可視性較高，則不需要照明。這時，電路受光源影響處于限制狀態，不會因為接受來的聲音而亮燈。在夜晚太陽光微弱時，人們視力受黑暗的影響，看不清周圍食物，所以這時需要照明設備。該電路在夜晚時處于可觸發狀態，受聲音影響開關，人們只需要發出腳步聲或其他聲音，就可以打開照明設備。在沒有聲音時及開啟一定時間之后，該設備自動關閉。

3各電路設計

3.1電源電路電流電路的設計需要保證電路正常工作及滿足聲光控制照明電路工作原理，同時還需要保證電流電路整體結構簡單化，不可過于復雜。要滿足以上條件，可從電流電路中降壓器、穩壓器、整流器以及濾波器這四個裝置的選用著手。其中降壓裝置選用的是穩壓二極管。在輸出穩壓直流后需要經過降壓電容器（C1）、全橋整流器（QD）以及濾波電容（C2）后，在經過穩壓二極管（DW）進行穩壓，從而得到穩定的、滿足照明電路需要的電壓。電源電路的各類元器件及參數的選擇需要結合電路的實際需求。首先，通過計算得出，全橋整流器（QD）應該選用型號為1A300V的二極管。其次穩壓二極管的選用可根據聲光控制照明電路穩壓直流電源電壓，該電壓而+9V，所以可選用型號為2CW57的穩壓二極管，這個型號的穩壓二極管穩定電壓為8.5V到9.5V，所以符合電路需求。再次，降壓電容器（C1）的選用型號需要根據電源電壓。合理情況下，降壓電容器的耐壓值應該是電源電壓的兩倍以上，如400V及400V以上耐壓的電容器則可適用。最后，濾波器的型號選擇可根據RC時間常數大于3到5倍電源半周期這一原理進行選擇。3.2信號放大電路信號放大線路的設計可分為拾音器和放大器兩個部分。在壓電蜂鳴器（拾音裝置）選擇上，要保證內部壓電陶瓷片靈敏性較高，并且價格不貴，從而保證整體電路的靈敏。拾音器可選用電壓蜂鳴器HTD35A-1這個型號的裝置，該型號裝置采集到聲音之后，會通過壓電陶瓷片的繞曲變形產生微弱的電效應。這時，電信號在通過電路進入直藕式音頻放大器，使這個電信號放大。同時，再經過T3時，對產生倒向放大，從而觸發單穩態電路。3.3控制電路聲光控制照明電路的控制電路圖。555是時基電路，它的四角受到光敏三極管不同阻抗的改變來控制高低電平，而光敏三極管阻抗的變化受光源強弱的影響，具體可分為以下兩種情況：（1）強制復位狀態。在白天光敏三極管感受較大光照時，單穩態觸發器會應較大阻抗的影響，造成輸出低電平，這就就處于強制復位狀態。在強制復位狀態下，555不會產生翻轉置位，所以聲光控制照明不會發亮。（2）在夜晚光敏三極管感受光照小，則單穩態觸發器受到的阻抗就小，則輸出高電平，555處于單穩態觸發狀態。而如果此時拾音器接收到了聲音，產生了聲信號，通過加工形成極大電流，并觸發單穩觸發器，改變555狀態，產生翻轉置位，使可控硅觸發倒通，這樣一來聲光控制照明就會亮，并保持一定時間段，即120S。在該電路中，各類元器件的選擇要符合聲光控制照明電路的特點，所以單穩態觸發電路中的定時原件應該滿足燈光持續120S這一需求。而三極管可選用型號3DK2。改電路電容為濾波電容，所以C9應按選用小電容，如0.01μ。3.4光電傳感器電路光電傳感器電路設計也要滿足該照明電路的需求。如對光源的敏感程度、光譜響應范圍燈，只有貼切實際選用最為合適的，才能使聲光控制照明設備正常使用。如光敏三極管的選用型號可為3DU5，該型號的光敏三極管的光譜響應范圍正好符合需求，電壓工作范圍也在6V到8V之間。

4總結

聲光控制照明電路為人們夜間生活帶來很大便捷，并發揮著節省電能源的作用。并且，聲光控制照明電路可完全自動化開關，節省了人力。這種自動化的操作模式及節省能源的設計理念，正是二十一世紀時展的產物。該電路的設計過程需要結合聲光控制原理及電路特性，各元器件的選擇也要滿足實際需求，只有這樣，才能確保聲光控制照明電路能夠正常使用。

參考文獻

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[4]黃程云,韓哲.智能照明節電控制新技術[J].節能技術,2013,31(6):572-574.

[5]李桂蘭.聲光控制路燈電路的設計[J].電子制作,2013,(6):23.

光電電子技術范文第5篇

關鍵詞：甄別電壓 單光子計數 信噪比

中圖分類號：TN152 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2012）11-0053-02

1、引言

隨著生物醫學檢測技術的發展，在弱光檢測領域，對光信號功率要求越來越低，信噪比要求越來越高，當光電流強度比在室溫下的熱噪聲水平（10-14W）低時，如何把這種淹沒在噪聲中的光信號從噪聲中提取出來是一個至關重要的問題，尤其是在光子計數率很低的時候。本文從實驗方面間接的確定單光子計數器的甄別電壓，通過實驗和曲線擬合證明了改變這些參數時信噪比的變化。

2、單光子計數系統的基本原理

單光子計數系統的原理框圖如圖1所示

當入射到光電倍增管的光信號經過倍增后，形成了光子脈沖輸出，然后在經過前置放大器對光子脈沖進行放大，通常情況下，光電倍增管的噪聲脈沖比單光子脈沖的幅度小，因此，利用甄別電路把噪聲脈沖和單光子脈沖區分開來，是至關重要的，當輸入脈沖電壓高于甄別電壓V時，甄別器輸出標準的脈沖，當輸入脈沖低于甄別電壓時，甄別器無輸出。

3、實驗研究

影響單光子計數系統的光子計數的因素有很多，其中陰極電壓、積分時間、閾值、輸入功率以及有無光照，均能影響光子計數。分別從改變輸入光功率、積分時間等方面觀察對光子計數率與信噪比的影響，用Matlab曲線擬合判斷光子計數率與功率、信噪比與積分時間之間的關系，最后分別改變積分時間、陰極電壓、入射光功率P觀察其對甄別電壓的影響。

為了不致引起混淆，作以下規定：光電倍增管接收到的光功率簡稱接收光功率P，光功率計測出的入射光功率簡稱入射光功率P，噪聲計數用N表示，信號計數用N表示，噪聲計數和信號計數的總計數為光子計數N。

3.1　實驗測得光計數率R與理論光計數率R的關系

如圖2所示，當沒有噪聲計數時，光子計數率R與接收光功率P成線性關系，即R=ηP/，當光電倍增管的接收光功率很小時，噪聲計數占多數，實際光子計數率大于理論光子計數率，當光功率增大時，光電倍增管的輸出脈沖會出現重疊現象，即脈沖堆積效應，實際光子計數率小于理論光子計數率，所以，實際光子計數率與接收光功率P不能成線性關系。

3.2　光子計數器的信噪比

用光電倍增管探測光子數量，發射的光子在時間上服從泊松分布，也就是說在探測到上一個光子后的時間間隔t內，探測到n個光子的概率為P（n，t）==，其中，η是光電倍增管的量子計數效率，R是光子平均流量，N是在時間間隔t內光電倍增管陰極發射的光電子平均數。由泊松分布的標準偏差得到：，這個偏差值反應光信號的漲落，也就是光源的噪聲，常稱為光子噪聲，因此，被測信號本征信噪比SNR為：SNR=　=，可見，測量結果的信噪比SNR正比于測量時間間隔t的平方根。

實際上，光電倍增管的光陰極和各倍增極還有熱電子發射，即在沒有入射光時，仍有暗記數，當用扣除背景計數工作方式時，SNR==，當信號計數N小于噪聲計數N時，信噪比小于1，此時測量無意義，當SNR=1時，對應的接收信號功率P即為儀器的探測靈敏度。由以上分析可知，在弱光測量中，為獲得一定得信噪比，可增加測量時間間隔t。

3.3　最佳甄別電壓

取積分時間相同為1000ms，選用透光率相同的減光片，接收光功率分別取為1.91×10-13W，1.65×10-13W，1.93×10-13W，2.26×10-13W，2.61×10-13W，試驗曲線如圖3，4所示。

從圖3可以看出，接收光功率不同時，最佳甄別電壓大致相同，為11V，即最佳甄別電壓不隨接收光功率的改變而改變，同時，噪聲計數和信號計數均隨接收光功率的增大而增大，并且呈現出一定的比例的增大。

當光功率恒定取2.26×10-13W時，通過改變積分時間，來驗證微分曲線，分別取積分時間為500ms，1000ms，1500ms，2000ms，2500ms，試驗曲線如圖4所示；從圖4可以看出，積分時間不同時，最佳甄別電壓大致相同，為11V，即最佳甄別電壓不隨采樣間隔與積分時間的改變而改變，同時，噪聲計數和信號計數均隨接收光功率的增大而增大，并且呈現出一定的比例的增大。

4、結語

在單光子計數實驗中，運用MATLAB軟件對實驗數據進行擬合，發現最佳甄別電壓不隨外界光功率和積分時間的變化而變化，同時，增大光功率，延長積分時間均能增大信噪比。所以可以將有用信號和噪聲信號同時放大，通過微分曲線能夠更加明顯的顯示出最佳甄別電壓，同時也增大了信噪比。

參考文獻

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[2]周榮楣.光電倍增管展望[J].光電子技術，2000.

[3]曹根瑞.以光子計數技術為基礎的極低照度測量[J].哈爾濱理工大學學報，2002.