實驗名稱：雪崩光電二級管電致發光輻射特性的研究

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、高穩定性，對于外部環境具有很強的適應性。因此APD在弱光場測量、光子計數統計方面得到了廣泛應用。

測試設備：電壓放大器、單光子探測器、數字示波器、單色儀、示波器、計算機等。

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信號來控制。當使用方波信號觸發電壓放大器時，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。數字示波器用于監視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字計數器收集。為了減小環境光對于測量結果的影響，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。

實驗結果：

圖2：實驗結果

當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，兩者的感光區域盡可能靠近。同時記錄APD的工作電流和SPCM的計數值，實驗結果如圖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的計數值為暗計數。這段時間對應于圖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APD工作于雪崩狀態，因此SPCM輸出的計數值明顯增大。在電源點壓升高的同時，SPCM的計數值瞬間增加并達到最大值。此后，計數值逐漸減小直至趨于穩定。光子輻射的暫態曲線可以用e指數衰減曲線很好的擬合，對應的時間常數為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的計數值幾乎相同的變化趨勢。在這個過程中SPCM的瞬時最大值達到了759Kcps，它是穩定時計數值(314kcps)的2.4倍；APD的瞬時最大電流為10.24mA，是穩定值(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的計數值之間的關系圖

APD的工作電流與SPCM的計數值之間的關系如圖3所示，兩者之間的關系為線性關系。考慮到空間立體角的影響，APD輻射出的光子數與加載在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因素。

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審核編輯 黃宇