多谱品库 | 单光子信号量子特性擦除器！

在传统极弱光测量实验中，通常用光子计数器对离散的单光子脉冲进行量化，通过记录一定时间间隔下的光子脉冲数量来判断光强信号的强弱。由于光子计数器通常是一个数字器件，需要占用诸如串口usb这样具有数字通信功能的端口才能进行使用，而且还需要配合电脑软件或者开发编程，才能进行光强信号的计数式量化。在某些简化的实验场景中，采用单光子计数器，增大了系统的复杂度，和用户端的集成、开发与应用难度。

并且在多次实验中，我们发现传统的单光子计数系统在中高光强条件下会出现计数饱和、数据丢失与响应延迟等问题，这直接限制了光信号测量的动态范围。

于是，我们提出了一个逆向思路：

这便是“单光子信号量子特性擦除器（DP-PQE01）”的概念起点。

（强光下，PMT输出的电流脉冲相互重叠，形成连续的模拟波形示意图）

（模拟法典型信号处理流程，积分器负责“平滑”波形，输出平均电压）

基于上述模拟法原理，我们推出量子特性擦除器（型号DP-PQE01）——专为中高强度光信号设计的即插即用式信号处理模块。

产品功能：

• 实时处理PMT、SiPM等探测器的输出信号

• 将重叠的电流脉冲信号转换为稳定、直观的直流电压信号

• 即插即用，简化系统集成

该产品解决了中强光环境下光子信号重叠导致的检测难题，为各类光强测量应用提供了可靠的解决方案。

为了验证单光子信号量子特性擦除器的实际性能，我们设计了以下三组实验。

三组实验分别对照射光强，积分模块时间常数，探测器类型进行测试。

输入光强微弱时：

注：图中由于时间轴较慢，对离散单光子信号欠采样，蓝色输入信号未能显示完整。

输入光强弱时:

输入光强强时:

结果表明：

• 叠加的脉冲信号经过处理后，转化为直观的电压信号

• 入射光强由弱到强时，输出信号电压值相应上升

• 电压值与光子数呈正比例关系，有效反映入射光强度

标定验证：我们通过公司的单光子计数器进行一个标定，可以得到下图，对于输出电压信号和光子数进行一个对应。

（输出电压值与光子数曲线图）

通过单光子计数器对标定，明确输出电压信号与光子数的对应关系。

在固定光强下，调节积分模块时间常数。

时间常数为330us时：

时间常数为200us时：

时间常数为100us时：

时间常数为10us时：

实验发现：

• 时间常数越大，输出波形越平滑但响应变慢；

• 时间常数越小，响应更快但噪声略增。

这为用户在不同应用场景（快速反馈或稳定测量）间提供了灵活调节空间。

SiPM探测器原始输出（红色）与经过擦除器处理后的输出（黄色）对比：

经处理后的输出波形明显平滑，噪声降低，且无需外部PC或复杂采集系统即可直接观察结果。

图中在强烈的单光子背景信号条件下，量子擦除器对叠加其中的微弱方波信号实现了清晰分辨，并呈现出明显的方波特征，具备极高的信噪比。

DP-PQE01 的核心价值在于——化离散为连续、化复杂为简单。

它“擦除”了单光子信号的量子离散特性，将复杂的计数统计过程转化为可直观读取的电压量，为中强光测量开辟了新的途径。

DP-PQE01 “单光子信号量子特性擦除器”是一款源于量子测量理念、立足模拟信号处理的创新产品。

它通过电路手段“模糊化”光子的量子特征，让量子信号重新可被连续描述。在光电探测、精密测量、教学演示等领域，它既是一个实用工具，也是一种工程哲学的体现：