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脈沖計(jì)數(shù)器/時(shí)間間隔定時(shí)器教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置

我們的“ 雙縫干涉，單光子時(shí)間 “已經(jīng)成為經(jīng)典的基本量子悖論”在單光子探測(cè)和實(shí)驗(yàn)示范。我們的新的脈沖計(jì)數(shù)器/間隔定時(shí)器單元：

• 從噪聲背景中區(qū)分脈沖事件，脈沖振幅10 mV至1伏特;
• 正確的單位時(shí)間內(nèi)的計(jì)數(shù)'事件'，0.1，1.0，或10秒計(jì)數(shù)的時(shí)間間隔;
• 可替代地，測(cè)量的脈沖之間的時(shí)間間隔和它的后繼脈沖，1 - 微秒的分辨率;
• 寫(xiě)無(wú)限長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)文件（通過(guò)超級(jí)終端，在一臺(tái)主機(jī)），每單位時(shí)間的連續(xù)計(jì)數(shù)，或連續(xù)計(jì)數(shù)之間的時(shí)間間隔。

到計(jì)數(shù)器/定時(shí)器單元，旨在發(fā)現(xiàn)即使是低層次的模擬脈沖以上的噪聲背景下站立起來(lái)，建立一個(gè)電子鑒別。大約10毫伏到幾伏特的范圍內(nèi)可連續(xù)調(diào)節(jié)和線性鑒別的閾值水平。監(jiān)視器的輸出為輸入脈沖正是滿足鑒別的閾值標(biāo)準(zhǔn)的視圖。圖1所示的鑒別器的行動(dòng)。圖。1：示波器獲得10 ns /格上跟蹤的痕跡：模擬輸入鑒別; 下跟蹤：監(jiān)視器輸出脈沖鑒別。設(shè)置的“范圍較低跟蹤事件進(jìn)行觸發(fā)，所以上跟蹤顯示所有但只這已激活鑒別 鑒別器的輸出是一組標(biāo)準(zhǔn)化的脈沖，其中每個(gè)PMT脈沖會(huì)議產(chǎn)生的脈沖的電子標(biāo)準(zhǔn)。但是時(shí)間發(fā)生的這些事件應(yīng)該服從泊松過(guò)程的法律-他們預(yù)期發(fā)生互不相關(guān)，并在隨機(jī)的時(shí)間，但仍然在一些平均匯率。****的任何計(jì)數(shù)器測(cè)量的平均計(jì)數(shù)率的研究單光子事件。但是，對(duì)于學(xué)習(xí)計(jì)數(shù)率的波動(dòng)，因此隨機(jī)事件的統(tǒng)計(jì)特性，是需要很長(zhǎng)的一系列這樣的計(jì)數(shù)。例如，假設(shè)我們正在計(jì)數(shù)的光子到達(dá)中央條紋的干涉圖案的頂部的兩個(gè)狹縫的裝置被設(shè)置為監(jiān)視的強(qiáng)度。如果我們調(diào)整光源強(qiáng)度平均約1000每秒計(jì)數(shù)率，我們會(huì)找到什么，如果我們做很多重復(fù)個(gè)別測(cè)量？答案是如圖所示。2，這是一個(gè)散點(diǎn)圖的脈沖計(jì)數(shù)1秒1200連續(xù)試驗(yàn)。圖。2：在1秒閘門(mén)時(shí)間檢測(cè)到的光子事件數(shù)的散點(diǎn)圖，觀察數(shù)的函數(shù)繪制，1200連續(xù)觀察

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示波動(dòng)的平均值，1086計(jì)數(shù)/秒和學(xué)生可以從我們的新的計(jì)數(shù)器處理的數(shù)據(jù)文件來(lái)研究這些波動(dòng)。他們應(yīng)該探討的問(wèn)題包括：

• 計(jì)數(shù)率的標(biāo)準(zhǔn)差是什么？
• 結(jié)果，這取決于如何（變量）平均計(jì)數(shù)率？
• 卡方檢驗(yàn)什么說(shuō)一下圖中的數(shù)據(jù)。2？
• 這是圖中的數(shù)據(jù)的直方圖。2？（參見(jiàn)圖3）。這是分銷(xiāo)高斯，它有預(yù)期的寬度從泊松統(tǒng)計(jì)圖。3：直方圖的數(shù)據(jù)的圖。2，顯示還預(yù)計(jì)預(yù)計(jì)從中央極限定理中心極限定理分布高斯分布

回到圖的情節(jié)。2：顯示計(jì)數(shù)到達(dá)的平均增長(zhǎng)率大約為10 ³ /秒，這意味著計(jì)數(shù)到達(dá)10 ^-3 s或1毫秒的平均時(shí)間間隔。

但是，如果脈沖和它的**個(gè)繼任者，之間的時(shí)間間隔重復(fù)測(cè)量，個(gè)別值將導(dǎo)致？什么值的分布將導(dǎo)致重復(fù)這種測(cè)量系列？你知不知道，這些值將有什么直方圖？

我們的新的計(jì)數(shù)器/定時(shí)器可被配置來(lái)衡量這樣一個(gè)時(shí)間間隔，如此反復(fù)做，并將結(jié)果寫(xiě)入到一個(gè)文件中，很容易給人一種（說(shuō)）5000的時(shí)間間隔測(cè)量樣本。在這樣的樣本中，我們發(fā)現(xiàn)（例如）近1000次的時(shí)間間隔在1-200μs范圍。所有5000測(cè)得的時(shí)間間隔的直方圖示于圖。（4）圖。4 5000測(cè)量一個(gè)光子事件和它的**個(gè)繼任者之間的時(shí)間間隔分布的直方圖顯示：半對(duì)數(shù)圖，橫軸以微秒

直方圖是不是高斯，但指數(shù)字符。暗示這種分布的平均間隔是0.910毫秒，比預(yù)期值0.921毫秒的平均計(jì)數(shù)率從圖。2。但是，直方圖不有一個(gè)峰，該值，事實(shí)上，在*短的時(shí)間間隔是*有可能的。

還請(qǐng)注意，在何種程度上的分布相匹配的預(yù)期指數(shù)是一個(gè)隨機(jī)事件的假設(shè)測(cè)試：光子探測(cè)任何周期性事件，或在他們的到來(lái)，任何相關(guān)性將直接顯示在這個(gè)情節(jié)。

還有許多其他來(lái)源的電子事件，一些高度（但不完全）定期，其他近（或全部）隨機(jī)，和所有的人易患統(tǒng)計(jì)研究。你可能會(huì)認(rèn)為一個(gè)相當(dāng)**的時(shí)鐘，或蓋革計(jì)數(shù)器，此類事件的來(lái)源。這樣的統(tǒng)計(jì)研究的先決條件，是一個(gè)大樣本的數(shù)據(jù)，我們現(xiàn)在已經(jīng)取得容易，簡(jiǎn)單，盡可能獲得。我們重視我們新的計(jì)數(shù)器/定時(shí)器操作的透明度，確保數(shù)據(jù)（例如），可以采取手工的**模式的理解是怎么回事。我們確信學(xué)生做**采取手動(dòng)設(shè)置的**個(gè)（?。┑臄?shù)據(jù)，讓他們明白的列表數(shù)據(jù)和直方圖來(lái)自介于抽象和聚合的過(guò)程中。

返回到雙縫實(shí)驗(yàn)，我們希望學(xué)生能夠看到光子事件，他們正在檢測(cè)，無(wú)論是在干擾**或*小，仍然顯示所有的統(tǒng)計(jì)特性，是隨機(jī)的，互不相關(guān)的事件的預(yù)期，但但發(fā)生在一個(gè)明確的平均率。邀請(qǐng)更深入探討的基本量子謎。

Introduction

TeachSpin’s ‘ Two-Slit Interference， One Photon at a Time’ has become a classic demonstration of the ‘essential quantum paradox’ and an experiment in single-photon detection. Now， we’ve improved its electronics with a new Pulse Counter/Interval Timer unit which makes possible a whole new set of investigations in the statistics of random-event processes.

Our NEW Pulse Counter/Interval Timer unit will:

• discriminate pulse events from a noise background， for pulses of amplitude 10 mV to > 1 Volts;
• correctly count ‘events per unit time’， with 0.1， 1.0， or 10-second counting intervals;
• alternatively， measure the time interval between a pulse and its successor pulse， to 1- µs resolution;
• and write data files of unlimited length (via HyperTerminal， in a host computer) of successive counts per unit time， or intervals between successive counts.

An electronic discriminator， designed to detect even low-level analog pulses standing up above a noise background， is built into the counter/timer unit. The discriminator’s threshold level can be adjusted continuously and linearly over a range of about 10 mV to several Volts. A monitor output gives a view of exactly what input pulses are meeting the discriminator’s threshold criterion. Figure 1 shows the discriminator in action.