歡迎大家來(lái)到《濱松光電知識(shí)小課堂》產(chǎn)品技術(shù)知識(shí)分享欄目，本欄目致力于將光電相關(guān)的產(chǎn)品技術(shù)知識(shí)掰開了，揉碎了，一點(diǎn)點(diǎn)與大家進(jìn)行分享。本期話題“光子計(jì)數(shù)探頭模塊為什么沒有增益調(diào)節(jié)能力”。

熟悉光電倍增管的客戶都知道，我們可以通過(guò)調(diào)節(jié)倍增級(jí)電壓來(lái)調(diào)節(jié)光電倍增管的增益，也可以稱為調(diào)節(jié)光電倍增管的放大倍數(shù)。我們分別以光電倍增管裸管R928和光電倍增管模塊H10721為例，前者可以調(diào)節(jié)工作電壓來(lái)調(diào)節(jié)放大倍數(shù)，后者調(diào)節(jié)外部的增益電壓來(lái)調(diào)節(jié)光電倍增管模塊的放大倍數(shù)。

 R928調(diào)節(jié)電壓和放大倍數(shù)之間的關(guān)系

H10721調(diào)節(jié)電壓和放大倍數(shù)之間的關(guān)系

但是，很多客戶都會(huì)問(wèn)：

常見的光子計(jì)數(shù)探頭模塊，比如H10682和CH299，他們也屬于光電倍增管模塊，為什么沒有增益調(diào)節(jié)的功能呢？

首先，光子計(jì)數(shù)探頭模塊不同于常見的光電倍增管模塊，它是在電流型光電倍增管模塊的基礎(chǔ)上增加了光子信號(hào)處理電路。

該電路能將單個(gè)光子激發(fā)的脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大、鑒別、整形后輸出對(duì)應(yīng)的光子數(shù)邏輯脈沖，所以，我們能夠通過(guò)輸出的脈沖數(shù)來(lái)進(jìn)行光子的計(jì)數(shù)。

當(dāng)光電倍增管接收的光亮從一個(gè)很強(qiáng)的范圍變到單個(gè)光子信號(hào)時(shí)，光電倍增管的輸出會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很明顯的變化，可以參考以下的圖。

常規(guī)的光電倍增管模塊由于后端沒有信號(hào)處理電路，直接輸出就是光電倍增管本身的信號(hào)。此時(shí)，如果我們對(duì)光電倍增管進(jìn)行增益調(diào)節(jié)，可以有效地放大信號(hào)。

光子計(jì)數(shù)探頭模塊，由于探測(cè)的光強(qiáng)特別微弱，基本都是以單個(gè)光子的形式出現(xiàn)，光電倍增管的輸出就會(huì)如下圖所示，每一個(gè)脈沖都代表一個(gè)光子信號(hào)。此時(shí)，如果我們?cè)黾訉?duì)光子計(jì)數(shù)探頭的增益，可以看到，單個(gè)光子激發(fā)脈沖的高度會(huì)顯著提高。但是，對(duì)應(yīng)的脈沖個(gè)數(shù)沒有發(fā)生變化。也就是說(shuō)，增加增益，不會(huì)對(duì)光子個(gè)數(shù)產(chǎn)生影響。

同時(shí)，如果我們?cè)黾庸庾佑?jì)數(shù)探頭的增益，在放大光子激發(fā)脈沖高度的同時(shí)，也會(huì)放大噪聲信號(hào)。如果放大的噪聲信號(hào)超過(guò)后面鑒別器的檢測(cè)下限，會(huì)引起由于引入噪聲計(jì)數(shù)而導(dǎo)致測(cè)量的不準(zhǔn)確。所以，光子計(jì)數(shù)探頭需要一個(gè)合適的增益，在放大微弱信號(hào)的同時(shí)，還能夠做到噪聲和信號(hào)的分離，實(shí)現(xiàn)真正的光子信號(hào)探測(cè)輸出。

如下圖所示，當(dāng)我們改變光電倍增管的工作電壓時(shí)，信噪比會(huì)在一段區(qū)間內(nèi)基本保持不變，這段曲線也稱之為坪特性曲線。在這段范圍內(nèi)，增益的增加對(duì)計(jì)數(shù)值沒有明顯的增加。所以，一般的光子計(jì)數(shù)探頭的增益電壓設(shè)置在坪區(qū)的電壓范圍之內(nèi)，可以得到一個(gè)穩(wěn)定的計(jì)數(shù)值。

光子計(jì)數(shù)探頭在出廠前，我們都已經(jīng)將光子計(jì)數(shù)探頭的工作電壓調(diào)節(jié)在一個(gè)穩(wěn)定的工作電壓范圍之內(nèi)。所以，在收到貨后，大家只需要提供供電電壓，光子計(jì)數(shù)探頭就可以正常工作了。

本期主講工程師介紹：濱松產(chǎn)品技術(shù)工程師馬進(jìn)發(fā)，畢業(yè)于西安理工大學(xué)，目前負(fù)責(zé)濱松光電倍增管、電子倍增器、MCP等產(chǎn)品的技術(shù)支持，主要應(yīng)用方向?yàn)榇髿饧す饫走_(dá)、質(zhì)譜等。擅長(zhǎng)機(jī)械設(shè)計(jì)，已經(jīng)通過(guò)國(guó)內(nèi)CAXC計(jì)算機(jī)輔助認(rèn)證和全 球CSWP工程師認(rèn)證。