§3-1光电倍增管 1. 真空光电管
A、基本结构
光阴极涂层
真空
通光窗口
阳极栅网
光
电
流
A
引出电极
光强
Pd
偏置电压V
R
V
B、特点：
优点：
缺点：
响应速度快（PS)； 体积大（cm)；
暗电流小(PA)；
工作电压高(百V)；
受光面积大；
无放大作用。
灵敏度高。
应用范围： 需要高速响应的场合（P秒级）； 需要大光照面积的场合。
响应速度 总探测效率：总=c•w•c’
（1）阴极材料
阴极名称 银氧铯 砷化镓
砷化镓铟 双碱
多碱
日盲 其他
材料成份
截止波长(nm)
Ag-O-Cs
1200
GaAs
930
InGaAs
930
Sb-Cs
650
Sb-Rb-Cs
Sb-K-Cs
850
Na-K-Sb-Cs
Cs-I Cs-Te
320 高温型、红外扩展型等
B. 单点接地
各点电位
单点接地法
VA RA gI A VB RB gIB Vc RC gIc
优点：各设备地独立，尽管各自的地电位不一致，
但不互相干扰。
缺点：地线变长，电感变大，高频时耦合干扰严重
f<1MHz 时应用最好
1MHz<f<10MHz 时
f>10MHz 时最好不用
应采用单点接地，但地线长度应尽可能短
（2）上述接地方法适用于PCB板设计种，如果条件允许， PCB板中地线应宽于3mm！！(条件允许的话）
（3） 接地位置
举例：
传 感 器
屏蔽线
放大器
传感器地
放大器地
简单的传感器及其信号放大电路
等效电路：
放大器
信号线电阻：Rcs 地间电阻：
Rg
屏蔽线电阻： Rcg 放大器输入阻抗： Zin
地间电位差： ecM
量子信息技术
第二章 光的量子性
光的量子性表现在：
1、光的发射服从量子规律； 2、光的传输和模式变换服从量子规律； 3、光与物质的相互作用服从量子规律。
§2-1 光发射的量子性
白炽灯 的辐射 曲线
可见光
人体的辐 射曲线
维恩(Wien)定律
r(,T )
c1
c2
e T
5
热力学定律给出
实验数据
瑞利（Rayleigh)—金斯（Jeans）定律
R--通常用来评价信号处理系统的性能！
(4)噪声与干扰
电子噪声
1.
影
响
电路噪声
测
量
的
主
要
噪
声 热噪声
1/f
量 子
与
干
扰
源
自然噪声
天 体
空间
周围设备
开关,可控 硅
干扰
感应
串扰
供电功率不足
地线不 合格
2. 环境干扰大致时间分布
1/时，上下课等
1/年，季节 变化等
1/日，早、晚等
1/分，电梯等
50Hz及其倍频 手
还需要考虑吗？
（2）. 自然噪声
a. 天体噪声
宇宙电磁辐射---1 GHz左右，对量子信息开始有影响 水相关的散射---20GHz左右，现代通信的上限 O2分子的散射---60GHz左右，目前无关，20年后有影响 宇宙射线的激发---十分钟量级，对低计数率的实验有影响
b. 空间噪声
广播 1kHz---1MHz左右，几乎24小时； 电视 10MHz量级， 几乎24小时； 手机信号 1-3GHZ，24小时；
感应
1．屏蔽 2．减少回路面积
3.固定测量线路，降低振动等带来的感应噪声
解决问题的关键：找到干扰源
B．电路噪声
――采用微弱信号检测技术
(5). 接地
（1）零线与地线
a. 给电路提供一个共同参考电位点
接地的目的：
b. 提供安全保护
a. 直流地
注意： b. 交流地
数字地 模拟地
在混合PCB中数字地和 模拟地一定要分开！
c.任何地线都会存在电阻、电容、电感
（2） 接地方式 A. 就近接地
各点电位
就近接地法
VA RA (I A IB IC ) VB VA RB (IB IC ) VC VB RC IC
优点：简单，方便！实验室常用的接地方法
缺点：干扰很大，任用电器上的电压将随其他用电器
的工作电流而变化，特别是其他用电器用电量 很大的时候
§3- 4直流弱信号测量
（一）噪声
——测量极限决定于电路中噪声信号的大小 （假定所有外部干扰场被排除）
1．热噪声（Johnson noise）
电压： e2 4KTR • f nR
电流：
i2 4KT f
nR
R
Nyguist公式（奈奎斯特） 噪声与f 无关－白噪声
2．散粒噪声
流过测量设备某截面电子数的起伏（涨落） Schottky公式
2、哈瓦克（Hallwack)：
---光电效应！！
（1）带负电的球才有这种现象；
（2）不带电的球，紫外照射可带正电。
3、艾斯特（Elster)和盖泰尔(Geital)：
（1）电效应跟材料有关，正电性越强的金属，产生 光电效应的波长越长；
（2）碱金属用可见光就能产生光电效应。
由此证明：光电效应是由光与物质相互作用的结果！
Zin Rcs
RS
Vin 0.95mV
对弱信号测量，巨大的干扰！
改进的方法：
传
放大器
感
器
屏蔽线
传感器地
放大器地
注意屏蔽线 连接位置
浮地：
放大器
信号传输线的内外层电阻：
Rcs Rcg 1
两个接地点间电阻：
Rg 0.01
放大器输入电阻：
Zm 10K
两接地点间电流为1mV
ecm 1mv
浮地电阻
（3）.干扰
a.空间感应干扰 周边电磁设备
相对运动
电机，电梯，电磁炉 开关 闸流管，可控硅（很严重Hale Waihona Puke 计算机(最严重）b.串扰
计算机 其他电器设备（特别是高频设备）
通过共用动力线耦合
应特别注意的干扰：工频（50Hz及其倍频）两种耦合都有！
（4）. 解决方案
1．改善接地线
A．干扰
串扰
2．改变电连接方式 3．增加供电能力 4．改善电网（供电隔离）
可根据实际情况决定！但通常不这么做； ④最好用电池供电。
6. 抗感应干扰
采用双绞线传输信号：
放大器
d1 ≠ d2,C1≠C2 电容耦合干扰！
放大器
D1=d2, C1=C2 耦合抵消
注意：ⅰ）所有弱信号线尽可能固定！
ⅱ）最好用层叠薄膜屏蔽电缆！
7. 弱信号布线注意事项
❖ ①不应以屏蔽线作为信号传输用—易受干扰； ❖ ②信号应与前置放大器在同一点接地，不能多点接地； ❖ ③尽可能减少信号线与地之间的环路面积—降低干扰； ❖ ④弱信号应与大电流线远离、垂直最好； ❖ ⑤模拟和数字电路的地要分开； ❖ ⑥信号线应尽可能短； ❖ ⑦必要时采光隔离耦合； ❖ ⑧高频附近应严格隔离。
广 电机 播 视等
热噪声
1/f
3. 噪声的常见来源
（1）. 电路噪声---无法通过改善系统外部环境而得到改善！
a. 热噪声---与温度直接相关，温度越高则噪声越大！ b. 1/f噪声（闪烁噪声）---原因不明，可能跟材料及器件的某
些结构或加工相关！ c. 量子噪声---小信号的量子起伏引起。问题：在量子信息中
标准编号 S1 新 新
（2）典型PMT光谱灵敏度曲线
4 .国内外生产厂家
❖ 国内：
华东电子管厂；目前型号不是太全 北京核仪器厂；部分产品被日本兼并！
❖ 国外：
英国EMI ；型号基本齐全，性能较好！ 日本Hamamatsu；型号齐全，市场占有率高！
目前各种产品性能相近；
注意：各厂家产品的光谱响应曲线略有差别，使用时应注意！
2
w0
提出光子的概念！
6、密立根（Millikan)：
定量地证实爱因斯坦公式的正确性
h
1 2
m 2
w0
R. A. Millikan, Phys. Rev, 7, 355(1916)
第三章 单光子探测
光电效应发现以前：
光电探测方法
热探测 照相底片
速度太慢 灵敏度低
光电效应使得微光探测成为可能； 光电效应使得高速探测成为可能。
串并联关系：
放大器输入噪声电压：Vin
Rcg Rcg Rg
* ecm
*
Zin
Zin Rcs
RS
设：
信号传输线的内外层电阻：
Rcs Rcg 1
两个接地点间电阻：
Rg 0.01
放大器输入电阻：
Zm 10K
两接地点间电压差为1mV
ecm 1mv
Vin
Rcg Rcg Rg
* ecm
* Zin
典型国产光电管参数
2. 光电倍增管 (PMT)
A.基本结构
透 射 式 P M T
反射式PMT
光电倍增管特点
优点： 光信号放大（105~109）； 响应速度快（ns)； 暗电流小(nA)； 受光面积大（你要多大？）。
缺点： 体积大； 工作电压高（通常在500-5000伏）；
3. 光谱响应
①阴极材料----------决定长波极限； ②窗口材料----------决定短波极限； ③结构----------------决定响应曲线形状，