13、光电探测器的物理实现与性能分析

光电探测器的物理实现与性能分析

1. 探测器计数率与效率计算

在模式 $a_1$ 和 $a_2$ 中，探测器 $i = 1, 2$ 的测量计数率 $N_i$ 由公式 $N_i = η_iτ_iN$ 给出，其中 $η_i$ 是探测器 $i$ 的探测效率，$τ_i$ 是从光源到探测器的透射率，$N$ 是光源产生的光子对的（未知）速率。测量的符合计数率 $N_c$ 为 $N_c = η_1η_2τ_1τ_2N$。由此可推导出探测器在模式 $a_1$ 和 $a_2$ 中的探测效率：
$η_1 = \frac{N_c}{τ_1N_2}$
$η_2 = \frac{N_c}{τ_2N_1}$
$N_c$、$N_1$ 和 $N_2$ 可在实验中直接得到，$τ_1$ 和 $τ_2$ 可通过改变探测器与光源的距离来推断，也可将其纳入检测设备的探测效率中。由于探测器 $a_1$ 的测量效率不依赖于探测器 $a_2$ 的效率，反之亦然，这是对 $η_1$ 和 $η_2$ 的“绝对测量”。同样，通过测量没有光源时的计数率可以确定绝对暗电流。

2. 常见光电探测器类型

最常见的光电探测器是光电倍增管（PMTs）和雪崩光电二极管（APDs），它们利用光电效应将光子转换为电子，随后用于电子放大过程。
- 光电倍增管（PMTs） ：电子在真空管的光电阴极产生，然后向相对于光电阴极保持正电压的“打拿极”加速。当电子撞击打拿极时，其动能释放出更多电子，这些电子再向第二个打拿极加速，如此重复多次，直到大量电子撞击阳极，被检测为电流尖峰，即探测器的“点击”信号。
- 雪崩光电二极管（APDs） ：入射光