實驗名稱：雪崩光電二級管電致發(fā)光輻射特性的研究

　　測試目的：雪崩光電二極管是一種高速、高靈敏的二極管,。相比于通常的光電倍增管,，APD具有高量子效率,、高穩(wěn)定性，對于外部環(huán)境具有很強(qiáng)的適應(yīng)性,。因此?APD在弱光場測量,、光子計數(shù)統(tǒng)計方面得到了廣泛應(yīng)用。

　　測試設(shè)備：電壓放大器,、單光子探測器,、數(shù)字示波器、單色儀,、示波器,、計算機(jī)等。

　　實驗過程：

　　圖1：實驗裝置圖

　　實驗裝置如圖1所示,，實驗中使用了一個單光子探測器來記錄APD輻射出的光子,。加載到APD上的反向工作電壓由一個電壓放大器來提供。電壓放大器的輸出信號由外部觸發(fā)信號來控制,。當(dāng)使用方波信號觸發(fā)電壓放大器時,，電壓放大器會輸出一個高壓方波信號來提供APD的反向工作電壓。數(shù)字示波器用于監(jiān)視APD的工作電流,。透鏡Ll用于收集輻射出的光子以提高收集效率,。透鏡收集到的光使用單色儀進(jìn)行選通。單色儀的閃耀光柵為120groove/mm,。選通后的光通過透鏡L2聚焦到SPCM上,。SPCM輸出的邏輯電脈沖使用數(shù)字計數(shù)器收集。為了減小環(huán)境光對于測量結(jié)果的影響?,，APD和SPCM都置于光屏蔽裝置中,。電腦用于控制單色儀的波長選擇以及與SR620的通訊。

　　實驗結(jié)果：

　　圖2：實驗結(jié)果

　　當(dāng)APD上加載的是周期性的反向電壓時,，可以觀測到APD輻射光子的暫態(tài)特性,。為了提高收集效率，APD和SPCM改成了面對面放置,，兩者的感光區(qū)域盡可能靠近,。同時記錄APD的工作電流和SPCM的計數(shù)值，實驗結(jié)果如圖2所示,。

　　高壓方波信號的周期為100s,。圖2(a)中的低電平為124v,，低于APD的雪崩電壓。在這個電壓下APD不工作,，APD的工作電流幾乎為0,，SPCM的計數(shù)值為暗計數(shù)。這段時間對應(yīng)于圖2中上升沿前和下降沿后的曲線,。圖2(a)中的高電平為176V,，略高于APD的雪崩電壓。這個電壓足以觸發(fā)APD工作于雪崩狀態(tài),，因此SPCM輸出的計數(shù)值明顯增大,。在電源點壓升高的同時，SPCM的計數(shù)值瞬間增加并達(dá)到最大值,。此后,，計數(shù)值逐漸減小直至趨于穩(wěn)定。光子輻射的暫態(tài)曲線可以用e指數(shù)衰減曲線很好的擬合,，對應(yīng)的時間常數(shù)為t=5.15s,。圖2(d)中曲線的采樣間隔T為0.216s，采樣時長為0.1s,。圖2(c)記錄的是APD的工作電流,，它具有與SPCM的計數(shù)值幾乎相同的變化趨勢。在這個過程中?SPCM的瞬時最大值達(dá)到了759Kcps,，它是穩(wěn)定時計數(shù)值(314kcps)的2.4倍,；APD的瞬時最大電流為10.24mA，是穩(wěn)定值(2.64mA)的3.9倍,。通過比較可以看出,，APD在加電的瞬間，會以很大的概率輻射光子,。

　　圖3：APD的工作電流與SPCM的計數(shù)值之間的關(guān)系圖

　　APD的工作電流與SPCM的計數(shù)值之間的關(guān)系如圖3所示,，兩者之間的關(guān)系為線性關(guān)系?？紤]到空間立體角的影響,，APD輻射出的光子數(shù)與加載在APD上的電流的線性比例為44Mcounts/(s mA sr),。APD的工作電流為光子輻射的主導(dǎo)因素,。

　　?電壓放大器推薦：ATA-2161

　　圖：ATA-2161高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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