图1： 光子探测几率与光子波长的函数关系图。SPCM仅在白框区域内对光子有感应。

特性

• 低暗计数
  • SPCM20A(/M): 25赫兹 (常规值)
  • SPCM50A(/M): 150赫兹(常规值)
• 两种探头面积
  • SPCM20A(/M): Ø20微米 有效面积
  • SPCM50A(/M): Ø50微米 有效面积
• 有源抑制
• 温度稳定
• USB接口
• 脉冲输出
• TTL 开启/触发 输入
• 体积小: 68毫米x 85毫米x 25毫米

应用

• 单分子的光谱学研究
• 光谱-光度计测量
• 流式细胞计
• 光子相关谱法
• 激光雷达

Thorlabs的光子计数器模块使用雪崩硅光电二极管探测单光子。SPCM计数器对350至900纳米范围内的光子敏感，在500纳米处灵敏度最高（见图1）。其工作原理是用光电探头将接收的光子转换成一个TTL脉冲，然后由内部的31位计数器计数。另有一个额外的SMA接头可直接输出脉冲信号，可以输出到示波器查看或连接到外部计数器模块。这个光子计数器的功能的详细信息，请参阅教程选项。

二极管的温度由一个集成的Peltier元件来稳定，使之保持在环境温度以下，从而降低了暗计数率。我们提供SPCM20A和SPCM50A两种型号，其典型的低暗计数率分别为25赫兹和150赫兹，能够探测到的最低功率为0.14飞瓦。

SPCM中的二极管集成了有源抑制电路，从而能获得高计数率。它的高速性能可以每35-45纳秒计数一个光子，取决于不同的型号。SPCM20A提供的有效探测面积为Ø20微米，而SPCM50A为Ø50微米。

软件

SPCM包括一个GUI 软件包来进行暗箱操作。以下操作模式可以通过软件设置：

• 手动模式 用于手动操作
• 自由运行时间计数器用于计数一定“时间块长度”内的入射光子数量
• 外部触发时间计数器用于触发时间器开始计算一定周期内的入射光子数量
• 外部触发计数器通过一个外部触发来开启或关闭计数器
• 外部启动 用于外部激活计数器和 雪崩光电二极管

如需获得更多关于软件和它的操作方法的信息，请见软件标签。

点击放大

软件

SPCM包括一个GUI 软件包来进行暗箱操作。以下操作模式可以通过软件设置：

手动模式：
计数器可以手动开始或停止，只需要按下Start/Stop 按键（触发功能）。时间器就会清零重置。

自由运行时间计数器：
时间块的数量（例如，测试数）以及两个相邻的时间块最小间隔都可以被设置。

外部触发时间计数器：
在该模式下，时间器通过外部触发信号开启，并根据已设置的时间块长度计算入射光子数。动态触发斜率（上升或下降）都可以被选择。

外部触发计数器：
在该模式下，通过一个外部触发来开启或关闭计数器。

外部启动：
用于外部激活计数器和雪崩光电二极管。

测量设置：
在数组模式中，每个数据值记录到一个数组中。在连续模式下，预设号码后重新启动测量。两种模式都可以被保存为一个.txt文件。测量结果可以表示为条形（X，Y分别为计数栏和测量次数栏），图型（曲线），表格（数字）或对齐（与另外的信息数字）显示。可以定义测量次数，并可重复测量。

该下载页面为Thorlabs公司最新的单光子计数器的软件包:

• 软件: 用于Windows的软件包，包含驱动和图形用户界面用于实际应用操作。

下载页

单光子计数器的操作原理

工作在 Geiger模式下的雪崩光电二极管（APD）可以探测单光子。通过将APD的电压反向偏置到击穿电压之上（见图1的A点），可测得单光子的光敏度。APD始终维持在亚稳态，直至一个光子到达引发雪崩（B点）。该雪崩可被APD内部的有源抑制电路所猝灭（C点），随之偏置电压降低到击穿电压之下（图1中标记为V_BR)。

电流电压特征
图1：工作在Geiger模式下的雪崩光电二极管的电流电压特性曲线

之后，超出的偏置电压能够被返还。此期间，被称为二极管的脉冲致盲期，APD将不会对任何入射光子有感应。当二极管处于亚稳态时，自发性的雪崩也有可能触发。如果这些自发的雪崩随机发生，他们被称为暗计数。如果自发性的雪崩触发同时与一个光子引发的脉冲相关，该脉冲被称为后脉冲。要在测量中隔阻后脉冲，可在软件中设置一个额外的脉冲致盲期，其效果是SPCM中的计数器会忽略在脉冲致盲期中的所有脉冲输入。

定义

盖革模式 :
在这个模式下，二极管将在略高于击穿阈值电压的状态下工作。因此，一组电子空穴对（光子吸收或者热扰动产生）能触发一股强雪崩。

暗计数：
无入射光的情况下计数的平均值，可用于计算真正意义上由光子导致的电流信号。不准确的探测通常是由于热源的介入，因此可以使用一个冷却探测器抑制。

有源抑制发生在当比较器识别到剧烈的雪崩电流，就会迅速降低偏置电压使之立刻降到击穿电压以下。这种偏置随之返回一个高于击穿电压的电压值，用于比较下一个光子检测。

致盲期是指探测器的重置时间间隔。此期间内，它对入射光子完全不感知。致盲期分数，有源抑制电路的固有特征，可被定义为未被感知光子与入射光子的比率。

后脉冲：
当发生雪崩时，一些电荷被困于高势场区。当这些电荷被释放时，它们将触发一场雪崩。人为命名后脉冲。那些受困电荷的寿命约为零点几微秒。因此，可以说后脉冲直接发生于信号脉冲之后。