实验名称：雪崩光电二级管电致发光辐射特性的研究

　　测试目的：雪崩光电二极管是一种高速、高灵敏的二极管。相比于通常的光电倍增管，APD具有高量子效率、高稳定性，对于外部环境具有很强的适应性。因此‚APD在弱光场测量、光子计数统计方面得到了广泛应用。

　　测试设备：电压放大器、单光子探测器、数字示波器、单色仪、示波器、计算机等。

　　实验过程：

　　图1：实验装置图

　　实验装置如图1所示，实验中使用了一个单光子探测器来记录APD辐射出的光子。加载到APD上的反向工作电压由一个电压放大器来提供。电压放大器的输出信号由外部触发信号来控制。当使用方波信号触发电压放大器时，电压放大器会输出一个高压方波信号来提供APD的反向工作电压。数字示波器用于监视APD的工作电流。透镜Ll用于收集辐射出的光子以提高收集效率。透镜收集到的光使用单色仪进行选通。单色仪的闪耀光栅为120groove/mm。选通后的光通过透镜L2聚焦到SPCM上。SPCM输出的逻辑电脉冲使用数字计数器收集。为了减小环境光对于测量结果的影响‚，APD和SPCM都置于光屏蔽装置中。电脑用于控制单色仪的波长选择以及与SR620的通讯。

　　实验结果：

　　图2：实验结果

　　当APD上加载的是周期性的反向电压时，可以观测到APD辐射光子的暂态特性。为了提高收集效率，APD和SPCM改成了面对面放置，两者的感光区域尽可能靠近。同时记录APD的工作电流和SPCM的计数值，实验结果如图2所示。

　　高压方波信号的周期为100s。图2(a)中的低电平为124v，低于APD的雪崩电压。在这个电压下APD不工作，APD的工作电流几乎为0，SPCM的计数值为暗计数。这段时间对应于图2中上升沿前和下降沿后的曲线。图2(a)中的高电平为176V，略高于APD的雪崩电压。这个电压足以触发APD工作于雪崩状态，因此SPCM输出的计数值明显增大。在电源点压升高的同时，SPCM的计数值瞬间增加并达到最大值。此后，计数值逐渐减小直至趋于稳定。光子辐射的暂态曲线可以用e指数衰减曲线很好的拟合，对应的时间常数为t=5.15s。图2(d)中曲线的采样间隔T为0.216s，采样时长为0.1s。图2(c)记录的是APD的工作电流，它具有与SPCM的计数值几乎相同的变化趋势。在这个过程中‚SPCM的瞬时最大值达到了759Kcps，它是稳定时计数值(314kcps)的2.4倍；APD的瞬时最大电流为10.24mA，是稳定值(2.64mA)的3.9倍。通过比较可以看出，APD在加电的瞬间，会以很大的概率辐射光子。

　　图3：APD的工作电流与SPCM的计数值之间的关系图

　　APD的工作电流与SPCM的计数值之间的关系如图3所示，两者之间的关系为线性关系。考虑到空间立体角的影响，APD辐射出的光子数与加载在APD上的电流的线性比例为44Mcounts/(s mA sr)。APD的工作电流为光子辐射的主导因素。

　　电压放大器推荐：ATA-2161

　　图：ATA-2161高压放大器指标参数

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