本文選題：光電倍增管 + 單光子計(jì)數(shù)　； 參考：《重慶大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：單光子探測(cè)是目前弱光檢測(cè)領(lǐng)域比較常用的一種技術(shù),它是利用微弱光信號(hào)呈現(xiàn)粒子性的原理實(shí)現(xiàn)的,該技術(shù)在高能物理、量子密鑰、化學(xué)發(fā)光分析、放射探測(cè)等方面都有應(yīng)用。本文設(shè)計(jì)的單光子計(jì)數(shù)系統(tǒng)是用來(lái)將化學(xué)發(fā)光反應(yīng)中產(chǎn)生的波長(zhǎng)范圍為300~650nm的微弱光信號(hào)提取出來(lái),然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行后續(xù)變換處理以實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)光子的計(jì)數(shù)功能,通過(guò)記錄單位時(shí)間內(nèi)的光子數(shù)目就可以得到待測(cè)樣品的濃度。系統(tǒng)主要由光電倍增管、前置放大、信號(hào)甄別以及脈沖計(jì)數(shù)四個(gè)模塊組成。根據(jù)單光子探測(cè)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)原理,論文首先對(duì)幾種常用的光電探測(cè)器的工作性能進(jìn)行了比較,最終選取光電倍增管作為本系統(tǒng)的探測(cè)器。然后,根據(jù)光電倍增管輸出信號(hào)的特點(diǎn),完成了后續(xù)信號(hào)變換及脈沖計(jì)數(shù)模塊的硬件電路設(shè)計(jì)。由于光電倍增管陽(yáng)極輸出為負(fù)極性脈沖信號(hào),因此選取的放大和比較芯片均應(yīng)為雙極性電源供電。本文選取THS3001放大器和MAX913比較器完成信號(hào)的變換功能,并將信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合計(jì)數(shù)的TTL標(biāo)準(zhǔn)方波信號(hào)輸出。在脈沖計(jì)數(shù)模塊,選取飛思卡爾單片機(jī)MC9S12XS128作為主控芯片,由于輸入信號(hào)頻率在100MHz以上,因此外接兩片74F163計(jì)數(shù)芯片級(jí)聯(lián)構(gòu)成分頻電路。最后將數(shù)據(jù)通過(guò)USB接口傳送給計(jì)算機(jī)并在上位機(jī)界面中顯示出來(lái),這里選取CH375通用接口芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)上下位機(jī)的USB通信。在本文研究的單光子計(jì)數(shù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,作者完成了硬件電路和軟件設(shè)計(jì)兩方面的工作,并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了仿真測(cè)試與分析。
[Abstract]:Single photon detection is a commonly used technique in the field of weak light detection. It is realized by using the principle that the weak light signal presents particle property. This technique is used in high energy physics, quantum key, chemiluminescence analysis. Radiation detection and other aspects have been applied. The single photon counting system designed in this paper is used to extract the weak light signal with the wavelength range of 300~650nm produced in the chemiluminescence reaction, and then the signal is processed to realize the counting function of the single photon. The concentration of the sample can be obtained by recording the number of photons per unit time. The system consists of four modules: photomultiplier tube, preamplifier, signal discrimination and pulse counting. According to the realization principle of single photon detection technology, the performance of several common photodetectors is compared in this paper. Finally, the photomultiplier tube is selected as the detector of the system. Then, according to the characteristics of the output signal of photomultiplier tube, the hardware circuit design of the subsequent signal conversion and pulse counting module is completed. Because the anode output of photomultiplier tube is a negative pulse signal, the amplifier and comparator chips selected should be supplied by bipolar power supply. In this paper, THS3001 amplifier and MAX913 comparator are selected to complete the signal conversion function, and the signal is converted to the TTL standard square wave signal which is suitable for counting. In the pulse counting module, the Freescale microcontroller MC9S12XS128 is selected as the main control chip. Because the input signal frequency is above 100MHz, two 74F163 counting chips are connected in cascade to form the frequency division circuit. Finally, the data is transmitted to the computer through the USB interface and displayed in the upper computer interface. The CH375 universal interface chip is selected here to realize the USB communication between the upper and lower computers. In the design of the single photon counting system, the author has completed the hardware circuit and software design, and has carried on the simulation test and the analysis to the entire system design.
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN152

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本文編號(hào)：1876280