Счетчик фотонов Советский патент 1984 года по МПК G01J1/44 

Изобретение относится к оптике атмосферы и может быть использовано для регистрации слабых и сверхслабых световых потоков в физике, спектроскопии, химии, астрономии и т.д.

известно устройство для счета фотонов, содержащее последовательно включенные фотоэлектронный умножитель (ФЭУ), дискриминатор, счетчик и оперативное запоминающее устройство .

Недостатками устройства являются низкие временное разрешение и быстродействие, большие габариты, сложная техническая реализация.

Наиболее близким к изобретению является счетчик фотонов, содержащий последовательно соединенные ФЭУ дискриминатор и блок управления, а также оперативное запоминающее устройство, электронную вычислительную машину и синхронизации, причем оперативное запоминающее устройство подключено своим информационным выходом к входному регистру электронной вычислительной машины, а выход блока управления подключен к адресным входам оперативного запоминающего устройства и к регистру входных данных электронной вычислительной машины Сз ,

Недостатком известного счетчика фотонов является ограниченная тонност временной привязки фотонов, так как счет фотонов происходит в течение определенного временного интервала, а распределение поступающих фотонов внутри этого временного интервала считается равномерным, хотя на самом деле их мгновенная частотаменяется значительно. Для повышения временного (пространственного) разрешения исследуемого сигнала необходимо уменьшить длительность временного интервала, что при сданном методе счета ведет к недоступному .росту погрешностей за счет роста просчетов, отношение длительности фронтов временного интервала к длительности самого временного интервала возрастает .

Цель изобретения -, повышение точности измерений.

Для достижения указанной цели в счетчик фотонов, содержащий последовательно соединенные ФЭУ, дискриминатор и блок управления., а также оперативное запоминающее устройство, электронную вычислительную машину и схему синхронизации, причем оперативное запоминающее устройство подключено своим информационным выходом к входному регистру электронной вычислительной машины, а выход, блока управления поключен к адресЗйым входам оперативного запоминающего устройства и к регистру входных данных электронной вычислительной машины, введен ре;3истор, через который информационный вход оперативного запоминающего уст5 ройства подключен к шине питания, а блок управления выполнен в виде генератора временных интервалов, триггера наличия фотона, адресного счетчика и триггера режима оператив0 ного запоминающего устройства, причем выход схемы синхронизации подключен к первому входу генератора временных интервалов и к первому входу триггера режима оперативного

5 запоминающего устройства, а выход дискриминатора подключен к триггеру наличия фотона, выход которого подключен к второму входу управления оперативного запоминающего устQ ройства, выход генератора временных интервалов подключен к одному из входов адресного счетчика и к второму входу триггера наличия фотона, первые адресные выходы адресного счет5 чика являются выходом блока управления, к другому входу адресного .счетчика подключен выход одного разряда выходного регистра электронной вычислительной машины, выход триггера режима оперативного запоми нающего устройства подключен к второму входу генератора временных интервалов и к входу управления оперативного запоминающего устройства, а второй выход адресного счетчика

5 соединен с вторым входом триггера режима оперативного запоминающего устройства.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

0 Устройство содержит последовательно соединенные ФЭУ 1 и дискриминатор 2, оперативное запоминающее устройство 3, блок 4 управления, электронную вычислительную машину 5, схе5 му 6 синхронизации. Блок 4 управления выполнен в виде генератора 7 временных интервалов, триггера 8 наличия фотона, адресного счетчика 9 и триггера 10 режима оперативного

запоминающего устройства. Информационный вход оперативного запоми- . нающего устройства 3 через резистор 11 соединен с шиной 12 питания.

Элементы блока 4 управления соединены следующим образом.

Выход 6 синхронизации подключен к входу генератора 7 временных интервалов и входу триггера 10 режима оперативного запоминающего устройства, а выход триггера 10 ре0 жима оперативного запоминающего устройства подключен к второму входу генератора 7 временных интервалов и к входу управления оперативного запоминающего устройства 3. Вы5 ход дискг иминатора 2 подключен к триггеру 8 наличия фотона, выход которого подключен к второму входу управления оперативного запоминающего устройства. Выход генератора временных интервалов подключен к одному из входов адресного счетчика 9 и к второму входу триггера 8 наличия фотона. Адресные выходы ад ного счетчика 9 подключены к адрес рходам оперативного запоминающего устройства 3 и одновременно к регистру входных данных электронной вычислительной машины 5, К второму входу адресного счетчика 9 подключен выход одного разряда выходн го регистра электронной вычислител ной машины 5, являющийся сигналом считывания для адресного счетчика Второй выход адресного счетчика 9 соединен с вторым входом триггера режима оперативного запоминающего устройства. Устройство работает следующим образом. Генератор 7 временных интервалов запускается иМпульсом со схемы 6 синхронизации, определяющим начало цикла счета. Этот же импульс устанавливает триггер .10 ре жима оперативного запоминающего устройства в режим Запись. Генератор 7 временных интервалов фор мирует временные интервалы необходимой длительности и управляет сменой сщреса адресного счетчика 9 который определяет номер-ячейки on ративного запоминающего устройства 3, в которую может быть записан фотон, если он появится в данный момент. Фотон, поступивший в ФЭУ 1 на дискриминатор 2 в виде импульса напряжения в момент времени tp пос ле импульса синхронизации, формируется дискриминатором в стандартный импульс и поступает на триггер наличия фотона блока 4 управления который вырабатывает в ответ импул разрешения записи постоянно присут ствующей на входе оперативного зап . минающего устройства единицы в яче .ку, номер которой определяется со тоянием адресного счетчика, установившегося к данному моменту вре мени. где N .ц - двоичный адрес адресног счетчика; tjj - длительность временного интервала, вырабатываем го генератором 7 времен интервалов блока 4 упра ления. Таким образом, реализуется воз можность временного (на время цик записи, определяемого временем tg информации в оперативное запомина ее устройство) хранения информаии о появлении в данный момент вреени фотона. После прохождения всех возможных состояний адресный счетчик 9 выабатывает сигнал окончания режима чета, по которому триггера 10 реима оперативного запоминающего устойства запрещает дальнейшую работу генератора 7 временных интервалов и переводит оперативное запоминающее устройство в режим Считывание, в течение которого происХОДИТ-считывание записанных в определенных ячейках оперативного запоминающего устройства 3 единиц в электронную вычислительную машину 5. Положение единиц во времени определяется соответсвующим состоянием адресного счетчика, которое тоже считывается в электронную вычислительную машину. Таким образом, на входной регистр электронной вычислительной машины подается и затем считывается в электронную вычислительную машину М-разрядный адрес, первый разряд которого несет информацию о наличии фотона в данном временном интервале, а остальные М-1 разрядов сообщают, в какой именно временной интервал попал данный фотон. Если при считывании в электронную вычислительную машину в первом разряде оказывается нуль, это означает, что по данному М-1разрядному адресу записи фотона не было, т.е. в этот момент фотон на устройство не поступал. Поскольку в известном устройстве нет необходимости считать несколько фотонов в течение временного интервала, то существует возможность уменьшения вырабатываемой генератором временных интервалов длительности временных интервалов до минимума, ограниченного быстродействием оперативного запоминающего устройства, что и позволило в конечном счете повысить временное разрешение принимаемого оптического сигнала. Многократное повторение цикла записи-считывания приводит к тому, что в ячейках памяти ЭВМ, адреса которых .определяют положение поступающих фотонов, происходит накопление числа фотонов до необходимого заданного уровня. Предлагаемое устройство за счет фиксирования момента прихода каждого фотона, а не серии фотонов в течение данного временного интервала, позволяет повысить точность измерения временных параметров принимаемого сигнала, в частности., повысить его пространственное разрешение. За счет сокращения числа злементов повышается, надежность уст ройства, снижается влияние фронтов временных интерх1алов. Быстродействие определяется только быстродействием оперативного запоминающего устройства и достаточно высоко.

СЧЕТЧИК ФОТОНОВ, содержащий последовательно соединенные ФЭУ, дискриминатор и блок управления, а .также оперативное запоминающее устройство, электронную вычислительную Мсшшну и схему синхронизации, причем оперативное запоминающее устройство подключено своим информационным выходом к входному регистру электронной вычислительной машины, а выход блока управления подключен к гщресным входам оперативного запоминающего устройства и к регистру входных данных электронной в ычислительной машины, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введен резистор, через который информационный вход оперативного запоминающего устройства подключен к шине питания, а блок управления выполнен в виде генератора временных интервалов, триггера наличия фотона, ад,ресного счетчика и триггера режима оперативного запоминающего устрой- ства, причем выход схемы синхрони.зации подключен к первому входу генератора временных интервалов и к первому входу триггера режима оперативного запоминающего устройства, а выход дискриминатора подключен к триггеру наличия фотона, выход которого подключен к второму входу управления оперативного запоминающего устройства, выход Генератора временных интервалов подключен к од5 ному из входов адресного счетчика (Л и к второму входу триггера нгшичия фотона, первые адресные выходы сщресного счетчика являются выходом блока управления-, к другому входу адресного счзтчика подключен выход одного разряда выходного регистра электронной вычислительной маиганы, выход триггера режима оперативного запоминающего устройства подключен к второму входу генератора временных интервалов и к входу управления оперативного запоминающего устройства, а второй выход адресного счетчика соединен с вторым входом триггера режима оперативного .запоминающего устройства.