脈沖計數器/時間間隔定時器教學實驗裝置 我們的“ 雙縫干涉,單光子時間 “已經成為經典的基本量子悖論”在單光子探測和實驗示范。我們的新的脈沖計數器/間隔定時器單元:
- 從噪聲背景中區分脈沖事件,脈沖振幅10 mV至1伏特;
- 正確的單位時間內的計數'事件',0.1,1.0,或10秒計數的時間間隔;
- 可替代地,測量的脈沖之間的時間間隔和它的后繼脈沖,1 - 微秒的分辨率;
- 寫無限長度的數據文件(通過超級終端,在一臺主機),每單位時間的連續計數,或連續計數之間的時間間隔。
到計數器/定時器單元,旨在發現即使是低層次的模擬脈沖以上的噪聲背景下站立起來,建立一個電子鑒別。大約10毫伏到幾伏特的范圍內可連續調節和線性鑒別的閾值水平。監視器的輸出為輸入脈沖正是滿足鑒別的閾值標準的視圖。圖1所示的鑒別器的行動。
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:監視器輸出脈沖鑒別。設置的“范圍較低跟蹤事件進行觸發,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準化的脈沖,其中每個PMT脈沖會議產生
的脈沖的電子標準。但是時間發生的這些事件應該服從泊松過程的法律-他們預期發生互不相關,并在隨機的時間,但仍然在一些平均匯率。****的任何計數器測量
的平均計數率的研究單光子事件。但是,對于學習計數率的
波動,因此隨機事件的統計特性,是需要很長的一系列這樣的計數。例如,假設我們正在計數的光子到達中央條紋的干涉圖案的頂部的兩個狹縫的裝置被設置為監視的強度。如果我們調整光源強度
平均約1000每秒計數率,我們會找到什么,如果我們做很多重復
個別測量?答案是如圖所示。2,這是一個散點圖的脈沖計數1秒1200連續試驗。
圖。2:在1秒閘門時間檢測到的光子事件數的散點圖,觀察數的函數繪制,1200連續觀察 統計數據顯示波動的平均值,1086計數/秒和學生可以從我們的新的計數器處理的數據文件來研究這些波動。他們應該探討的問題包括:
- 計數率的標準差是什么?
- 結果,這取決于如何(變量)平均計數率?
- 卡方檢驗什么說一下圖中的數據。2?
- 這是圖中的數據的直方圖。2?(參見圖3)。這是分銷高斯,它有預期的寬度從泊松統計圖。3:直方圖的數據的圖。2,顯示還預計預計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。2:顯示計數到達的平均增長率大約為10
3 /秒,這意味著計數到達10
-3 s或1毫秒的
平均時間間隔。
但是,如果脈沖和它的**個繼任者,之間的時間間隔重復測量,個別值將導致?什么值的分布將導致重復這種測量系列?你知不知道,這些值將有什么直方圖?
我們的新的計數器/定時器可被配置來衡量這樣一個時間間隔,如此反復做,并將結果寫入到一個文件中,很容易給人一種(說)5000的時間間隔測量樣本。在這樣的樣本中,我們發現(例如)近1000次的時間間隔在1-200μs范圍。所有5000測得的時間間隔的直方圖示于圖。(4)圖。4 5000測量一個光子事件和它的**個繼任者之間的時間間隔分布的直方圖顯示:半對數圖,橫軸以微秒
直方圖是不是高斯,但指數字符。暗示這種分布的平均間隔是0.910毫秒,比預期值0.921毫秒的平均計數率從圖。2。但是,直方圖不有一個峰,該值,事實上,在*短的時間間隔是*有可能的。
還請注意,在何種程度上的分布相匹配的預期指數是一個隨機事件的假設測試:光子探測任何周期性事件,或在他們的到來,任何相關性將直接顯示在這個情節。
還有許多其他來源的電子事件,一些高度(但不完全)定期,其他近(或全部)隨機,和所有的人易患統計研究。你可能會認為一個相當**的時鐘,或蓋革計數器,此類事件的來源。這樣的統計研究的先決條件,是一個大樣本的數據,我們現在已經取得容易,簡單,盡可能獲得。我們重視我們新的計數器/定時器操作的透明度,確保數據(例如),可以采取手工的**模式的理解是怎么回事。我們確信學生做**采取手動設置的**個(小)的數據,讓他們明白的列表數據和直方圖來自介于抽象和聚合的過程中。
返回到雙縫實驗,我們希望學生能夠看到光子事件,他們正在檢測,無論是在干擾**或*小,仍然顯示所有的統計特性,是隨機的,互不相關的事件的預期,但但發生在一個明確的平均率。邀請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.