Устройство для счета фотонов

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СсиИАЛИСТИ ЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (51)5 С 01 J 1 44

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (46) 30.06.92.Бюл. У 24 (21) 4420669/25 (22) 06,05.88 (71) Институт оптики атмосферы (72) А.А.Иакаров (53) 535.24(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1078259, кл. G 01 3 1/44, 1984.

Авторское свидетельство СССР

М 1130746, кл. (01 J !/44, 1984.

Ä.,SUÄÄ1542 (54) УСТРОЙСТВО фИ СЧЕТА ФОТОНОВ (57) Изобретение относится к оптике атмосферы и может быть использовано для многоканальной регистрации ella бых и сверхслабых световых потоков в оптике атмосферы, физике, спектроскопии, астрономии и т.д. Цель изобретения - повышение точности и one 3 542201 ратипности измерений. Устройство. состоит иэ фотоэлектронного умножителя (ФЗУ) 1, дискриминатора 2, триггера 3 фотона, N+1-регистра 4 сдвига, 5 тактового генератора, N+1-буферного регистра 6, логических элементов ИСКЛОЧАЮЦЕЕ ИЛИ 7„ двоичных счетчиков ! позиции фотона и числа событий 8 и 9 соотв., логического элемента ИИИ,- 10 схемы 13 синхронизации с триггерами режима Tg ) у T gg и электронной Вычис лительной машины (ЗИМ) 14. В процессе работы каждый импульс фотоотсчета, проходя дискриминатор ?, изменяет состояние триггера 3 фотона

HB обратное а Это состояние заноси1 ся в регистр 4 сдвиг" с частотой тактового генератора. По заполнении регистра сдвига его выходное состоя- 2л

Изобретение относится к оптике .д атмосферы и может быть использовано для многоканальной регистрации слабых

И сверхслабых световых потоков в оптике атмосферы, физике, спектроскопии, астрономии и т.д. 30

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия сче чика фотонов (путем уменьшения вЕро-, ятности просчета фотона и точности

Временной привязки).

На чертеже изображена блок-схема устройства .для счета фотонов.

Предлагаемое устройство содержит фо ектро и умно ель (азу). дискриминатор 2,. триггер 3 фотона, (0+1)-разрядный регистр 4. сдвига, тактовый генератор 5 (И+1)-раэрядпьй буферный регистр 6, N логических эле-: ментов ИСЮПОЧЛУЩЕЕ ИЦИ /, двоичный счетчик В.позиции фотона, двоичный счетчик 9 числа событий,, N-входовый логический элемент ИЧИ 10, оперативйое запоминающее устройство (ОЗУ) 11, четчик делитель 12 схе1лу 13,синхро чизации с триггерами режима Тз,, ТЗ» электронцуи вычислительную машину (ЗВИ) 14.

Устройство работает следующим образом.

7актовый генератор вырабатывает временные интервалы длительностью Я

Я

1/,, где ь„ период, а f - часто-. та колебаний генератора, которые осу ние переносится в N+1-буферный регистр 6. Злементы ИСКЛЮЧАЮЦЕЕ ШЫ 7 выделяют позиции, соответствующие фотоотсчетам путем сравнения состояний в двух соседних разрядах буферного регистра, после чего позиционный код заносится в ячейку ОЗУ. Одновременно туда же записывается двоичный код с выхода счетчика 8 позиции фотона, соответствующий номеру цикла заполнения регистра сдвига. Изменение адреса ячейки производится счетчиком 9 только в том случае, еслй в текущем цикле имелся хотя бы один фотоотсчет. По прошествии заданного числа циклов триггер Т> переводится в режим чтения, при этом содержимое всех ячеек ОЗУ последовательно передается во входной регистр ЗВИ. 1 ил. ществлжот последовательную запись в разряды (N+f)-разрядного регистра 4 сдвига состояние триггера 3 фотона.

Входным сигналом ВИ устройство переводится в режим . Запись так, что основной триггер режима 7э,устанавливартся в состояние, разрешающее работу дополнительного триггера режима Т

Я а

Сигнал синхронизации START, например, от внешнего фотодатчика, отмечающего начало интервала накопления, устанавливает дополнительный триггер режима

Т .в состояние, разрушающее работу триггера 3 фотона, счетчика-делитеI ля 2 и двоичного счетчика 8 позиции фотона. Каждый фотонный импульс с выхода дискриминатора 2 меняет состояние триггера 3 фотона на противополож.— ное. Это вызывает по запросу от так-. тового генератора смену состояний первого разряда (0+1)-разрядного регистра 4 сдвига, которое продвигается с каждым тактовым импульсом по раэрядам этого регистра. Так1пл образом, приход фотона фиксируется наличием отличающихся состояний двух смежных разрядов (И+1)-разрядного регистра

„сдвига. Состояние (0+1)-регистра . сдвига ограничивается тактовой частотой a 1/N по тактовому входу (N+

+17-разpяднoго буфеРного регистра так, что на каждом такте содержимое (И+1)"регистра сдвига переносится в (И+1)-разрядный буферный регистр.

Операция переноса производится не5 1 зависимо от состояния триггера 3 фотона, состояния (N+1)-разрядного ре гистра 4 сдвига и адресов ОЗУ 11.

В этом случае операция перенося не вызывает пересчета фотона и производится эа время, я = N Логические элементы ИСЮПОЧАЮЩЕЕ ШШ 7 выделяют в позиции иэ N сдвигов сигнал, соответствующий наличию фотона за время

С „ о С, где 2, — время переходных процессов ОЗУ. Этот сигнал отсутству ет, если состояния двух смежных раэИ рядов (11+1)-разрядного регистра сдви га совпадают, и появляется, если не совпадают. Тем самым из перепада уровней при смене состояния триггера 3 фотона, обусловленной наличием фотона, выделяется сигнал уровня, который заносится в ОЗУ 11 как сигцал наличия фотона во временном интервале длиной =,И ь„° rye — длина мертвой зоны с точностью позиционирования, определяемой лишь нестабильностью переходных процессов триггера 3 фотона и длиной "мертвой" зоны 7 . Состояние (N+i)-разрядного ре гистра 4 сдвига на каждой позиции иэ

N сдвигов не зависит от состояния в предыдущих позициях и тактах сдвига, их числа, Число позиций подсчитывается двоичным счетчиком 8 позиции. фотоМ на, на вход которого с выхода счетчика-делителя 12 поступают импульсы с тактовой частотой f z. Смена состояния этого счетчика производится независимо от состояния,(0+1)-разрядного ре*гистра 4 сдвига, и переходные процессы в двоичном счетчике 8 позиции не влияют на величину мертвой зоны С

G . и точность счета фотона. В результате в ячейку ОЗУ 11 заносится с такто. вой частотой f< смешанный двоичнопозиционный код и адрес ячейки задается содержимым двоичного счетчика 9 числа событий. Содержимое этого счетчика увеличивается на единицу лишь в том случае, если в записанной позиции зафиксировано наличие хотя бы одного фотона. Разрешающий сигнал формируется N-входовым логическим элементом

ИЛИ. Каждый цикл накопления начинается с адреса последней позиции предыдущего цикла, без обращения к ЭВИ 14, для перезаписи и очистки ОЗУ, В отсутствие фотона в позиции операция запись в ОЗУ проходит по адресу, равному содержимому счетчика

9 .числа событий.. Если в следую542201 6 щей позиции возникает фотосчет, то эта позиция записывается по тому же адресу, так как в отсутствие фото" на логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

5 ИЛИ 7 запрещает сдвиг счетчика 9 числа событий. Этот счетчик при наличии фотона в позиции по окончании записи

- в ОЗУ изменяет состояние, меняя тем самым адрес ячейки„ подготовленной для записи новой позиции и т.д. При этом очистки содержимого ОЗУ перед каждым циклом накопления не требуется. Далее основной триггер Т5, режи ма переводится в режим "Чтение" совокупным сигналом с выхода переполнения двоичного счетчика 8 позиции фотона и двоичного счетчика 9 числа событий. В этом режиме по каждому

20 адресу ОЗУ содержимое ячейки переда ется во входной регистр ЭВИ 14. Цикл чтения повторяется до тех пор, пока не будет исчерпано заданное число адресов или не пройдены все состояния двоичного счетчика 9 числя событий.

С этого момента беэ какой-либо дополнительной подготовки счетчик фо тонов готов к работе в режиме "Запись".

Изобретение позволяет повысить

30 точность временной привязки фотоотсчета за счет исключения влияния переходных процессов при изменении адреса ячейки ОЗУ, а также повысить оперативность измерения за счет исклю" чения обращения к ЭВИ перед каждым

35 циклом накопления.

Формула изобретения

Устройство для счета фотонов, со-: держащее последовательно соединенные

40 фотоэлектронный умножитель (ФЭУ), дискриминатор и триггер фотона, а также оперативное запоминающее устройство, электронную вычислительную машину, схему синхронизации с -.

4 триггером режима, тактовый генератор» логический элемент ИЛИ, о т л и -. ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и оперативности измерений, в него дополнительно вве

50 .йены (N+1)-разрядный регистр сдвига, (И+1)-разрядный буферный регистр, .N логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ, двоичный счетчик позиции фотона и двоичный счетчик числа событий, счетчик-делитель и второй триггер режима, при этом. выход ФЭУ через ди-". скриминатор подключен к счетному входу -.риггера фотона, выход которого подключен к информационному входу

1542201

Составитель А. 1 py3mrov

Редактор С.Кулакова Техред Л.Сердюкова Корректор Т.Малец

М * Ю ° Ю Ф б °

Заказ 2815 Тираж 303 Подписное

ВНЙИПИ Государственнога комитета по изобретениям и открьпиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 (11+1)-разрядного регистра сдвига, а выход тактового генератора подключен к тактовому входу этого регистра, (N+1) выходов (0+1)-разрядного регистРа сдвига подключены соответствен5 но к (N+1) входам (N+1)-разрядного буферного регистра и (0+1) выходов этсго регистра подключены попарно к Входам логических элементов ИСИПО- 10

ЧАЮ1цЕЕ ИЛИ так, что первый вход каждого.логического элемента ИСКЛЮЧАЮЦЕЦ И1П1 подключен к каждому предыдущеь у выходу (N+1)-разрядного буферíî,о регистра а второй вход каждого.логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛ11 подключен к каждому последующему выХоду (N+1)-разрядного буферного регистра, выходы N логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ HJIH подключены к пер- 20 вым N-информационным входам оперативного запоминающего устройства и к N входам логического элемента ИЛИ, выход которого подключен к разрешающему входу двоичного счетчика событий, 25 выкоды которого подключены к адресФ ным входам оперативного запоминающего устройства, первый вход управления которого и счетные входы двоично.го счетчика позиции фотона,, двоичного счетчика числа событий, тактовый вход (И+1)-разрядного буферного регистра подключены к выходу счетчикаделителя, счетный вход которого подключен к выходу тактового генератора, вход сброса счетчика-делителя, вход сброса счетчика позиции фотона, вход управления счетчика числа событий 4 выход предустанова триггера фотона подключены к выходу дополнительного триггера режима„ один вход этого триггера подключен к выхсду переполнения двоичного счетчика позиции фотона, а второй вход этого же триггера подключен к выходу основного триггера режима„ вход основного триггера режима подключен к выходу двоичного счетчика числа событий и выходы двоичного счетчика позиции фотона подключены к оставшимся информационным входам оперативного запоминающего . устройства, при этом выход основного триггера режима соединен с входом электронной вычислительной машины,. выходы оперативного запоминающего устройства соединены с шиной данных: последней, а ее управляющий выход соединен с вторым управляющим входом оперативного запоминающего устройства и с вторым управляющим входом счетчика числа событий.