用于探测电致发光的单光子计数器的设计

【摘要】： 目前国内普遍采用的检测绝缘聚合物击穿性能的方法是测试其电性能，这种方法可靠性较低；本文提出了用探测电致发光来检测电介质老化、击穿性能的方法，重点研制了用于探测电致发光的单光子计数器，经测试计数器各部件性能良好，具有经济实用的特点。 绝缘聚合物的电致发光一般都非常微弱，功率都在10-16瓦以下，是典型的单光子，这给测试工作带来很大的困难，必须研制特殊的测试仪器。用光电倍增管（photomultiplier PMT）的光子计数模式将电致发光的光信号转换为电信号来进行测试。用幅度甄别器去掉大部分噪声，用脉冲计数器计数。一定时间内的计数值对应着相应的光功率。这就是用于检测微弱光的单光子计数器。经分析比较各种型号光电倍增管的性能及特点，本文采用EMI公司双碱阴极的9789QB管型光电倍增管。该管型的光谱范围在300～650nm，具有暗计数少，有单光子峰的特点，适于做单光子计数器；本文的光电倍增管分压器设计合理而冷却系统采用液氮，该系统体积小、结构简单、加工便利、成本低廉且性能良好。用Max4416放大器件作为前置放大器，用Max900系列比较器件作成窗口比较器，用高速器件74LS393两片作成16位的计数器，用单片机89C51读取数据，并处理后显示在液晶显示模块上。 实验证明本文设计的单光子计数器的噪声、量子效率、总灵敏度等主要指标完全符合设计要求；其最小探测功率比近期国内报道的光子计数器最小探测功率小。本文设计的单光子计数器可应用于聚合物性能的检测及新型绝缘材料的开发利用，也可推广到其他微弱光检测系统。