フォトンカウンタの原理についてご説明します

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フォトンカウンタの原理

最も高感度な光検出器、フォトンカウンタ
極微弱光でも鮮明な信号(高S/N)が得られる光検出器、フォトンカウンタ。
現在の光検出装置の中で最も高感度な光検出器です。
現在流通している光検出器でフォトンカウンタを超える感度の光検出器はありません。
では、どのような原理で高感度を実現しているのでしょうか?

フォトン=光の最小単位
まず、フォトン(光子)とは何でしょうか?
フォトンとは、アルベルト・アインシュタインがマックス・プランクの黒体放射の量子仮説を基にして、電磁波の粒子的な側面を説明するために導入した光の量子のことです。
つまり、光を極限まで少なくすると、これ以下には小さくなることがない光の最小単位がフォトンになります。

フォトンは下記のような状況で発生します。

1.フォトンの発生

原子核の周りにある電子は、通常の場合一定のエネルギーレベルにあります。(下記イメージ図、左側の状態) しかし、外部からの刺激を受けると電子は励起されて外側の軌道へ移動し、励起状態になります。(下記イメージ図、右側の状態)
この状態は不安定で、電子はすぐに元の軌道に戻ります。その際にフォトンが発生します。

フォトンの発生イメージ図

2.フォトンの検出

フォトンの検出イメージ図このフォトンを検出するには光電子増倍管(フォトマル)を用います。光電子増倍管はフォトンの信号を電気信号に変換し、約100万倍の信号に増倍します。
▼光電子増倍管について(用語集)

3.光量の状態によって信号の見え方が異なる

光量の状態によって信号の見え方が異なる■光量が多い場合
アナログ的な量に観測されます。

■光量が極めて少ない場合
デジタル的な信号(離散状態)に観測されます。
フォトンカウンタは、ノイズを除去し信号のみを抽出しますので、鮮明な信号が得られます。

4.フォトンカウンタの信号とノイズの識別能力

フォトンカウンタの信号とノイズの識別能力イメージ図フォトンカウンタは、選球眼が100%のバッターと同じ能力を持っています。
ストライク(信号)とボール球(ノイズ)を百発百中で選り分けることが出来ます。

雑音(ノイズ)と信号を識別して純粋な信号のみを選別する能力に優れています。

5.信号の表示方法

フォトンカウンタは、一定時間毎に識別した信号をカウントして表示します。
時間の幅は10ns〜60秒で設定が出来ます。

信号の表示方法

フォトンカウンタでは、微弱な光もアナログ信号と同じ結果が得られ、さらにノイズを除去した鮮明な信号で計測することが可能です。


▼実際にフォトンカウンタを使用した用途事例を見る

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