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随着各种检测技术的发展，人们对信号探测灵敏度的要求越来越高。单光子探测技术在高分辨率的光谱测量、非破坏性物质分析、高速现象检测、放射探测、高能物理、天文测距等领域有着广泛的应用。高效率单光子检测技术，有着重要的科研价值，已成为国际上光电子学界的重点研究课题。
本文研究了基于光电倍增管及外围硬件电路的单光子计数系统，提出了一种切实可行的单光子计数系统方案。该系统主要实现了在噪声中将探测到的弱光信号，提取、放大、甄别、计数并以多种方式显示，来获得弱光信号中的单光子个数。
本系统主要分为四个模块:光信号探测模块，信号处理模块，计数模块和可视化界面模块。
(1)阐述光电倍增管的选择及外围探测电路的设计，实现光电转化，探测到弱光信号。
(2)使用OPA656芯片作为放大电路核心器件，将弱光信号放大，放大倍数连续可调。
(3)甄别电路的核心器件是MAX9012芯片，可以在噪声中将光信号提取出来。根据不同阈值电压，调节甄别电压范围，获得最佳信号。
(4)用CPLD对光信号计数，计数间隔为10ms，将计数结果并行传输给单片机。单片机作为与上位机通信的桥梁，实现光子数的传递。
(5)利用串口通信将CPLD对光信号计数的数据从下位机传递给上位机，上位机接收数据、保存、计算并将计数结果显示。其中光子数以三种型式显示，分别是:实时显示，数组显示和图像显示。
通过进行的一些相关的测试实验，本文所设计的单光子计数系统能实现对弱光信号的采集，并经过放大和信号甄别，统计出单光子数，可以根据需要设置不同的计数时间，数据的显示直观。对弱光强度响应较灵敏，数据保存完整，检测效果较好。