微弱光测试实验.doc

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1、微弱光测试实验系统GCUL-B实验指导书(V1.0)武汉光驰科技有限公司WUHANGUANGCHITECHNOLOGYCO.,LTD目录第一章微弱光测试实验仪说明3一、产品介绍：3二、面板说明：3第二章实验指南-5-一、实验目的-5-二、实验内容-5-三、实验仪器-5-四、注意事项-5-五、实验操作-5-1、低噪声放大器应用实验-5-2、普通光电二极管测量微弱光原理实验-9-3、雪崩光电二极管测量微弱光原理实验-9-4、光电倍增管测量微弱光原理实验-9-第一章微弱光测试实验仪说明一、产品介绍：目前，随着生物医学、空间探测以及环境辐射检测技术的发展，对微弱光的检测要求越来越高。微弱光的检测对探测

2、器和相对应的处理电路都有特定的要求。本实验系统通过对使用不同光电探测器对微弱光信号进行检测对比，了解探测器对微弱光信号探测的影响。同时通过对微弱光信号探测处理电路的深入研究，进一步掌握微弱光测试系统的原理及应用方法。二、面板说明：前面板如下图所示：面板上表头显示值为探测器（雪崩光电二极管APD、光电二极管和光电倍增管PMT）输出电流经过内部电流电压变换后输出的电压值。RP1、RP2、RP3、RP4和补偿调节旋钮用来补偿仪器内部电流电压变换芯片的失调电流而设置，有余仪器本身已经使用低失调电流、高输入阻抗的高性能芯片，所以这些旋钮作用可以忽略不计。增益调节旋钮分4档，各档增益系数为X4档：1K；X

3、3档：10K；X2档：100K；X1档：1M。根据各档系数电阻值可以计算出探测器输出电流I=表头显示电压/增益系数。直流/频率切换开关为光源驱动模式切换开关，当开关拨到频率档时，光源输出为脉冲光，输出脉冲宽度通过频率调节旋钮调节。当开关拨到直流档时，光源输出为静态，输出光强通过光照度调节旋钮进行调节。频率输出切换开关用来切换机箱后面板波形输出和电压输出，当开关拨到开位置时，后面板波形输出信号（此时直流/频率切换开关对应切换到频率位置）；当开关拨到关位置时，后面板电压输出信号（此时直流/频率切换开关对应切换到直流位置），电压输出设计供有电脑端数据采集需要时使用。本仪器没有配置数据采集功能，需要另

4、外配置。调零旋钮用于补偿探测器的暗电流使用，当无光照射探测器是，理想情况下探测器输出电流为零，仪器表头输出也应该为零，实际上有余探测器暗电流的存在，导致无光情况下探测器仍有电流输出，表头显示值不为零，铜过改旋钮可以对暗电流输出进行补偿，使无光是表头为显示为零。阈值调节旋钮报警指示灯配合使用，可以用来实现当探测器探测到的光照度高于某一阈值照度值时，报警指示输出报警信号（亮或者灭）。PMT/APD切换开关用来切换光电倍增管和雪崩光电二极管的偏置电压，当开关拨到PMT时，后面板PMT输出光电倍增管工作偏置电压。当开关拨到APD时，PD接口输出雪崩光电二极管工作偏置电压。使用对应的探测器时注意拨到对应

5、的工作电压。后面板如下图所示：PMT高压为倍增管提供工作偏置电压，用BNC线对应连接到倍增管组件后面的高压端，PMT信号为倍增管电流输入端，用BNC线对应连接到倍增管组件后面的电流端。PD接口为光电二极管和雪崩二极管的接口。波形输出为探测器探测到的脉冲信号输出端口。电压输出为探测器探测到的直流静态光信号输出端口。第二章实验指南一、实验目的1、了解不同探测器对微弱光探测处理的原理及方法2、了解低噪声放大器的内部原理及应用原则二、实验内容1、普通光电二极管测量微弱光原理实验2、雪崩光电二极管测量微弱光原理实验3、光电倍增管测量微弱光原理实验4、低噪声放大器应用实验三、实验仪器1、微弱光测试实验仪1

6、台2、光源组件1套3、光电二极管组件1套4、APD光电二极管组件1套5、光电倍增管组件1套6、衰减片组件系统1套7、连接线若干8、电源线1根四、注意事项1、连接电路时，保证电路未通电。2、光源极性不要接反。3、不要用强光持续照射光电倍增管，特别是在高压下，否则容易使倍增管老化。五、实验操作1、低噪声放大器应用实验一个光电探测系统是由光学变换、光电探测器和后续电路处理系统组成，一般光电探测器需连结多级放大器，我们称第一级放大器为前置放大器，对于一个由n个放大器级连成的放大系统，其噪声特性可由弗里斯（Friis）公式表达：（5.1.1）式中为系统的总噪声系数；为第一级放大器的噪声系数；为第n级放大

7、器的噪声系数；为第一级功率增益，为第n级功率增益。由上式可以看出，多级放大器噪声系数的大小，主要取决于第一级放大器的噪声系数。为了使多级放大器的噪声系数减小应尽量减小第一级的噪声系数，同时提高第一级的功率增益，这是指导我们设计低噪声放大器的一个重要原则。此外，还需考虑放大器的频率特性，动态范围，信号源阻抗等要求。所以具体电路因系统不同而异。从低噪声要求出发应考虑如下几点：1）选择内部噪声低，信号源