DE102017007376A1

DE102017007376A1 - Verfahren und Anordnung zur Aufzeichnung von optischen Quantenereignissen

Info

Publication number: DE102017007376A1
Application number: DE102017007376.7A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Becker; Hauke Studier
Original assignee: Becker & Hickl GmbH
Current assignee: Becker & Hickl GmbH
Priority date: 2017-07-20
Filing date: 2017-07-20
Publication date: 2019-01-24
Anticipated expiration: 2037-07-21
Also published as: DE102017007376B4

Abstract

Verfahren und Anordnung zur Aufzeichnung von optischen Quantenereignissen, wobei die Amplitude der Detektorimpulse sowie wahlweise die relative, auf ein Referenzsignal bezogene Zeit und/oder die absolute, auf den Start des Experiments bezogene Zeit der Detektorimpulse bestimmt, abgespeichert, und zur Charakterisierung der detektierten Ereignisse herangezogen wird. Aus den entsprechenden Datenworten wird in einem Speicher entweder direkt eine Photonenverteilung über der Detektionszeit und der Zahl der gleichzeitig detektierten Quanten aufgebaut, oder die Datenworte werden als Datenstrom an eine geeignetes Speichermedium oder einen Computer übertragen.

Description

Thema
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Aufzeichnung von optischen Quantenereignissen wobei die Anzahl gleichzeitig detektierter Photonen sowie wahlweise die absolute oder zu einem Referenzereignis relative Detektionszeit bestimmt, abgespeichert, und zur Charakterisierung der detektierten Ereignisse herangezogen wird.
Stand der Technik
Verfahren zur zeitkorrelierten Aufzeichnung von optischen Signalen durch Detektion einzelner Photonen sind als „Zeitkorrelierte Einzelphotonenzählung“ (Time-Correlated Single Photon Counting, TCSPC) bekannt. Entsprechende Anordnungen werden insbesondere zur hochempfindlichen Aufzeichnung der Zeitfunktion optischer Signale im Nanosekunden- und Pikosekundenbereich eingesetzt [1]. Dabei werden mit einem hochempfindlichen Detektor einzelne Photonen detektiert, die Zeiten der entsprechenden Detektorimpulse relativ zu einem Referenzimpuls und/oder zum Start des Experiments gemessen, und aus den gemessenen Photonen-Zeiten die Zeitfunktion des Signals oder die Korrelationsfunktionen mehrerer optischer Signale gegeneinander rekonstruiert. Da die Zeitauflösung einer solchen Messung nicht durch die zeitlichen Breite der Detektorimpulse, sondern nur durch deren zeitliches Jitter begrenzt ist, wird eine wesentlich höhere Zeitauflösung bzw. Bandbreite der Signalaufzeichnung erreicht als bei direkter Aufzeichnung des Detektorsignales über Analogverfahren. Die TCSPC-Methode kann erweitert werden, indem zusätzlich zur Detektionszeit für jedes Photon zusätzliche Parameter entweder des Photons selbst oder des Messobjektes bestimmt und abgespeichert bzw. zum Aufbau mehrdimensionaler Photonenverteilungen herangezogen werden [2, 3, 4, 5].
Diese Verfahren sind jedoch nicht in der Lage, zwischen der Detektion eines einzigen und der gleichzeitigen Detektion mehrerer Photonen zu unterscheiden bzw. die Anzahl gleichzeitig auf dem Detektor eintreffender Photonen zu bestimmen. Bei den typischen TCSPC-Anwendungen, wie z.B. der Aufzeichnung von Fluoreszenz-Abklingkurven oder von Fluoreszenz-Lifetime-Bildern ist das nicht relevant, da die Photonen auf dem Detektor zufällig eintreffen. Die gleichzeitige Detektion mehrerer Photonen ist deshalb unwahrscheinlich und tritt höchstens als Stör-Effekt in Erscheinung, insbesondere wenn mehrere Photonen innerhalb der gleichen Signalperiode eintreffen [2]. Entsprechende Schaltungen zur Erkennung und Unterdrückung dadurch indizierter „Pile-Up“-Fehler sind aus der Frühzeit der TCSPC-Methode bekannt, wurden aber inzwischen durch die Nutzung von Lichtquellen mit Impulsfrequenzen im MHz-Bereich überflüssig.
Es gibt jedoch andere Anwendungen, für die gerade die Bestimmung der Anzahl gleichzeitig eintreffender Photonen entscheidend ist. Diese beruhen auf der Erzeugung von Photonenpaaren (verschränkter Photonen) in nichtlinearen optischen Medien sowie auf der gezielten Erzeugung einzelner Photonen in speziellen optisch oder elektrisch getriebenen Lichtquellen. Die praktischen Anwendungen liegen im Bereich der Metrologie und der Quanten-Kryptographie. Bei diesen Anwendungen ist es notwendig, die Anzahl von Photonen zu bestimmen, die gleichzeitig innerhalb der zeitlichen Response des Detektors auf dem Detektor eintreffen.
Mit den bekannten TCSPC-Anordnungen ist das nicht möglich, da mehrere gleichzeitig eintreffende Photonen nur einen einzigen Detektor-Impuls auslösen, und dieser unabhängig von der Zahl der Photonen zum gleichen Signalverarbeitungszyklus in der TCSPC-Elektronik führt.
Das Problem wird gewöhnlich dadurch gelöst, dass das optische Signal über einen oder mehrere Strahlteiler in mehrere Signale aufgeteilt wird, diese getrennten Detektoren zugeführt, und die entsprechenden Detektionsereignisse gemessen und gegeneinander korreliert werden. Anordnungen dieser Art sind als Hanbury-Brown-Twiss-Experiment bekannt [6]. Die Signalkomponenten können entweder als Start- und Stop-Signale einer einzigen TCSPC-Anordnung zugeführt werden [6] oder in getrennten synchronisierten TCSPC-Anordnungen aufgezeichnet werden [7]. Ein Nachteil dieser Methoden ist die geringe Effizienz. Die Wahrscheinlichkeit, dass gleichzeitig eintreffende Photonen getrennte Wege einschlagen, ist bei zwei Photonen nur 50%, bei mehr als zwei Photonen niedriger. Dazu kommt, dass die Detektionswahrscheinlichkeit in jedem Detektor kleiner als 1 ist. Die Wahrscheinlichkeit, alle Photonen eines Mehrfach-Ereignisses zu detektieren und dieses damit nachzuweisen ist entsprechend gering.
Es gibt eine Reihe von Vorschlägen aus anderen Bereichen der Spektroskopie, die geeignet sind die Registrierung von Detektionsereignissen zu verbessern, aber das Problem der Erkennung von Mehrfachereignissen weder lösen noch zum Ziel haben.
Die Patentschrift [9] beschreibt eine Zeitmessschaltung, mit der die Impulshöhe oder ein anderer Parameter des Detektorimpulses in eine Impulsdauer umgewandelt und diese über die Zeitmessschaltung bestimmt wird. Eine Erfassung bzw. Unterscheidung von Mehrfachereignissen innerhalb der Response-Dauer eines Detektors mit gleichzeitiger Zeitmessung des Ereignisses ist dabei nicht vorgesehen.
Eine Anordnung zur Impulshöhenbestimmung mit Hilfe eines durch einen Constant-Fraction-Diskriminators getriggerten Impulsverlängerers und eines nachfolgenden Analog-Digita-Converters (ADC) ist in [10, 11] beschrieben. Die Anordnung wird innerhalb einer Anordnung zur Analyse der Volumenverteilung von Partikeln in einer Elektrolyt-Lösung verwendet. Die Partikel werden elektrisch detektiert, indem die Lösung durch eine Messöffung strömt, wobei die Partikel den Stromfluss über Elektroden auf beiden Seiten der Öffnung verändern. Eine gleichzeitige Detektion von Photonen-Mehrfach-Ereignissen mit Auflösung der Photonenzahl und der Detektionszeit durch TCSPC ist schon deshalb nicht vorgesehen, weil die Detektion nicht optisch erfolgt.
Eine Einrichtung zur Energieanalyse von Gammastrahlung ist in [12] beschrieben. Dabei werden die Ereignisse nach ihrer Energie sortiert. Von der Zielstellung ähnlich ist das in [13] beschrieben Verfahren, das die von einem Detektor gelieferten Impulse in Bezug auf die in den Impulsparametern enthaltene physikalische Information auswerten und diese zur weiteren Analyse auch Magnetband zwischenspeichert. Eine Detektion von Mehrfachereignissen innerhalb der Detektor-Response sowie deren Sortierung nach der Anzahl der Quanten und der Detektionszeit ist auch bei diesen Verfahren nicht vorgesehen.
Beschreibung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Messanordung anzugeben, die beim Eintreffen mehrerer Photonen auf einem Detektor innerhalb dessen zeitlicher Response die entsprechenden Detektionsereignisse sowohl nach der Anzahl der in ihnen enthaltenen Photonen als auch nach dem Zeitpunkt der Detektion klassifiziert und getrennt abspeichert bzw. aus ihnen die Verteilung der Photonendichte über der Detektionszeit und der Zahl der gleichzeitig eingetroffenen Photonen aufbaut.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß wie folgt gelöst:
Die Ausgangsimpulse eines hochempfindlichen Detektors werden in bekannter Weise dem Eingang einer TCSPC-Anordnung zugeführt. Diese bestimmt die Detektionszeiten der Ereignisse relativ zu einem Bezugsimpuls sowie bedarfsweise relativ zum Zeitpunkt des Starts der Messung. Parallel dazu wird erfindungsgemäß die Amplitude der Detektorimpulse bestimmt. Diese gibt (bei geeigneten Detektoren) die Anzahl der gleichzeitig detektierten Photonen an, oder ist wenigstens mit der Anzahl der Photonen korreliert. Je nach Betriebsart der TCSPC-Anordnung wird dieses Datenwort entweder in das Datenwort des entsprechenden Photons eingefügt, oder direkt als Parameter zum Aufbau einer Photonenverteilung über der Detektionszeit und der Zahl der gleichzeitig eingetroffenen Photonen verwendet.
Zur Detektion des optischen Signals wird ein Detektor verwendet, dessen Ausgangs-Impuls-Amplitude von der Anzahl der gleichzeitig eintreffenden Photonen abhängt. Das ist vorzugsweise ein Hybrid-Detektor [8]. Dieser besteht aus einer Photokathode, einem starken Beschleunigungsfeld (mehrere kV) und einer Avalanche-Photodiode, in die die beschleunigten Photoelektronen injiziert werden. Da bei diesem Detektor die Vervielfachung der Photoelektronen weitgehend in einem einzigen Schritt erfolgt, ist die Amplitude der Einzelphotonenimpulse sehr genau definiert. Aus der Amplitude der vom Detektor gelieferten Impulse kann folglich auf die Anzahl gleichzeitig, d.h. innerhalb der Impulsbreite der Einzelphotonen-Impulsbreite des Detektors detektierter Photonen geschlossen werden. Die Bestimmung der Amplitude des Detektorimpulses kann entweder über einen Analog-Digital-Wandler (ADC) oder einen oder mehrere Diskriminatoren erfolgen. Aus dem Ausgangssignal des ADC oder aus den Ausgangssignalen der Diskriminatoren wird das Datenwort erzeugt, das die Photonenzahl repräsentiert.
Das angegebene Verfahren bzw. die angegebene Anordnung haben gegenüber der bekannten Lösung eine Reihe von Vorteilen. Entscheidend ist, dass im Gegensatz zur bekannten Lösung alle Detektionsereignisse registriert und nach ihrer Photonenzahl klassifiziert werden. Die Detektionseffizienz ist deshalb höher. Weiterhin ist das erfindungsgemäße Verfahren in der Lage, direkt die Zeitfunktionen der aus unterschiedlichen Zahlen von gleichzeitigen Photonen bestehenden Signale aufzuzeichnen. Darüber hinaus ist das Verfahren mit einer großen Anzahl existierender TCSPC-Anordnungen kompatibel. Diese Kompatibilität wird erreicht, indem die Schaltung zur Bestimmung der Impulsamplitude extern zur TCSPC-Anordnung realisiert wird. Die TCSPC-Anordnung muss dann lediglich einen digitalen Eingang für ein zusätzliches, die einzelnen Photonen charakterisierendes Datenwort haben [2, 3].
Für die Funktion der Schaltung ist es wesentlich, dass der ADC oder die Diskriminatoren eine Bandbreite haben, die größer ist als die Signal-Bandbreite des Detektors. Ist das nicht der Fall, werden auch dicht aufeinanderfolgende Einzel-Detektionsereignisse als Mehrfach-Ereignisse interpretiert. Die Funktion der Schaltung geht dann über in die einer Pile-Up-Erkennungsschaltung, wie sich aus der Frühzeit der TCSPC-Technik bekannt ist. Diese erkennt die Detektion von mehreren Photonen innerhalb der Signalperiode der Lichtquelle, unterscheidet solche Ereignisse aber nicht von Mehrfach-Ereignissen innerhalb der zeitlichen Response-Funktion des Detektors. Für die beschriebene Zielstellung ist eine solche Funktionsweise nicht erwünscht.
Neben der Erkennung und von simultanen Mehrfach-Detektionsereignissen und ihrer Klassifizierung nach der Photonenzahl sind weitere Anwendungen der beanspruchten Lösung denkbar.
Detektoren für Photonen im fernen UV, im Röntgenbereich, und im Gammastrahlungsbereich können im Prinzip so gestaltet werden, dass die Amplitude der gelieferten Einzelphotonenimpulse von der Wellenlänge bzw. der Energie des Photons abhängt. Die hier beschriebene Lösung liefert dann eine Auflösung nach der Wellenlänge bzw. Energie der Photonen.
Bei LIDAR-Anwendungen liefert die Schaltung zusätzliche Information über das Target, indem die Anzahl der gleichzeitig empfangenen Photonen dessen Reflektivität beschreibt.
Die Schaltung kann darüber hinaus zur Verbesserung der Zeitauflösung von optischen Einzelphotonen-Detektoren verwendet werden. Bei vielen Detektoren, insbesondere bei PMTs und MCP-PMTs, besteht eine Korrelation zwischen den Signallaufzeiten und den Amplituden der Photonenimpulse. Diese kommt einerseits dadurch zustande, dass Photoelektronen, die verschiedene Wege (mit verschiedenen Laufzeiten) durch den Detektor gehen, im Mittel auch unterschiedliche Vervielfachung erfahren, andererseits dadurch, dass Impulse unterschiedlicher Amplitude unterschiedliche Schaltzeiten in den Diskriminatoren der TCSPC-Anordnung verursachen. Es ist bekannt, dass die zeitliche Auflösung von TCSPC-Anordnungen verbessert werden kann, indem zur Detektion nur Impulse in einem schmalen Ausschnitt des Amplitudenspektrums verwendet werden. Dabei sinkt allerdings die Effizienz der Detektion stark ab. Ein solcher Effizienzverlust kann mit der beanspruchten Methode vermieden werden, indem Detektionsereignisse mit Impulsen unterschiedlicher Amplitude in getrennte Speicherbereiche eingeordnet werden und die einzelnen, so aufgezeichneten Zeitfunktionen ihrer amplitudenabhängigen Verzögerung entsprechend verschoben addiert werden.
Ausführungsbeispiel
Das Verfahren soll nachfolgend anhand von 1 näher erläutert werden. Ein hochempfindlicher Detektor, vorzugsweise ein Hybrid-Detektor, wandelt die eintreffenden Photonen in elektrische Impulse um. Die Impulsamplitude variiert entsprechend der Anzahl der gleichzeitig eintreffenden Photonen. Die Impulse werden gleichzeitig dem Start-Eingang einer TCSPC-Anordnung und einem Analog-Digital-Wandler (ADC) zugeführt. Die Referenzimpulse am Stop-Eingang der TCSPC-Anordnung kommen von einer gepulsten Lichtquelle, von einem anderen Detektor, oder von einem externen Impulsgenerator [7]. Der ADC liefert ein Datenwort, das die Amplitude des jeweiligen Detektor-Impulses repräsentiert. Es ist zweckmäßig, die Referenzspannung des ADC, Vref, variabel zu gestalten, um die ADC-Skala auf die Impulsamplituden für unterschiedliche Photonenzahlen anpassen zu können.
Die TCSPC-Anordnung besteht in bekannter Weise aus zwei Diskriminatoren, D1 und D2, einer Schaltung zur Messung der Zeit zwischen Start und Stop, sowie einem Speicher. D1 und D2 sind gewöhnlich Constant-Fraction-Diskriminatoren, die eine von der Impuls-Amplitude weitgehend unabhängige Trigger-Verzögerung haben. Der Speicher wird entweder vom Ergebnis der Zeitmessung adressiert, oder arbeitet als First-In-First-Out Datenpuffer (FIFO). Wenn D1 ein Detektionsereignis detektiert, wird das ADC-Datenwort in ein Register eingelesen. Es liefert dann entweder einen zweiten Teil der Speicheradresse oder einen zusätzlichen Teil des FIFO-Datenwortes. Im ersten Falle entsteht im Speicher eine Photonenverteilung über der Zeit zwischen Start und Stop und dem ADC-Datenwort, im zweiten Falle liefert der FIFO einen Datenstrom, der für jedes Detektionsereignis mindestens die Start-Stop-Zeit und die Photonenzahl enthält.
Das in 1 dargestellt Prinzip ermöglicht eine hohe Auflösung der Impulsamplitude. Seine Realisierung ist in aber der Praxis mit einigen Schwierigkeiten verbunden. Die Impulsbreite der Detektorimpulse liegt bei schnellen Detektoren in der Größenordnung von 1 ns. Der ADC muss eine Bandbreite von wenigstens 500 MHz haben, um gleichzeitige Mehrfach-Ereignisse von zeitlich versetzten Ereignissen zu unterscheiden. ADCs mit einer solchen Bandbreite arbeiten nach einem Pipeline-Prinzip, d.h. das erzeugte Datenwort steht erst mehrere Umsetzungsoperationen später zur Verfügung. Diese Verzögerung muss durch eine äquivalente Pipeline für die Resultate der Zeitmessung ausgeglichen werden. Außerdem muss der ADC unabhängig von der Amplitude synchron mit dem Eintreffen des Detektorimpulses getriggert werden. Dazu ist ein Constant-Fraction-Diskriminator notwendig, wobei in vorteilhafter Weise der Diskriminator D1 der TCSPC-Anordnung verwendet werden kann. Diese Anforderungen bedingen, dass die Schaltung in die TCSPC-Anordnung integriert werden muss.
Die genannten Schwierigkeiten können mit der Schaltung nach 2 umgangen werden. Die Impulsamplitude wird hier durch mehrere Diskriminatoren mit abgestufter Referenzspannung bestimmt. Im Gegensatz zu einem ADC können die Diskriminatoren ohne Probleme schneller als die Bandbreite der Detektor-Impulse gemacht werden. Die Ausgänge der Diskriminatoren werden über eine Encoder-Schaltung (bei nur wenigen Diskriminatoren auch direkt) der TCSPC-Anordnung zugeführt. Wenn D1 triggert, übernimmt die TCSPC-Anordnung einfach das Datenwort vom Encoder in ein Register. Die Schaltschwellen der Diskriminatoren können über eine variable Referenzspannung, Vref, auf die Impulsamplituden für die verschiedenen Photonenzahlen abgeglichen werden.
Da keinerlei Rückführung von Signalen aus der TCSPC-Anordnung in die Diskriminator-Anordnung notwendig ist, kann die Schaltung nach 2 leicht als externe Baugruppe zu einer existierenden TCSPC-Anordnung realisiert werden. Dies muss lediglich einen Eingang für zusätzliche Digital-Signale und das zum Auffangen derselben notwendige Datenregister besitzen.
Die Schaltung nach 2 kann weiterhin modifiziert werden, indem anstelle der über den Spannungsteiler erzeugten unterschiedlichen Referenzspannungen für alle Diskriminatoren die gleiche Referenzspannung verwendet wird, und stattdessen den einzelnen Diskriminatoren das Detektorsignal über einen Spannungsteiler in unterschiedlicher Amplitude zugeführt wird.
Literatur

1. D.V. O'Connor, D. Phillips, Time-correlated single photon counting, Academic Press, London (1984)
2. W. Becker, Advanced time-correlated single-photon counting techniques. Springer, Berlin, Heidelberg, New York, 2005
3. W. Becker, H. Stiel, Verfahren zur mehrdimensionalen zeitaufgelösten Messung von Lichtsignalen durch Photonenzählung, DE 282 518 , WP G01J / 327 7903, vom 20.4.89
4. W. Becker, Verfahren und Vorrichtung zur Messung von Lichtsignalen mit zeitlicher und räumlicher Auflösung, Patent DE 43 39 787 (1993)
5. W. Becker, Becker & Hickl GmbH, Verfahren zur Identifizierung von natürlich vorkommenden oder synthetisch hergestellten Melaninsorten. DE 102 39 028 B4 2004.07.29 (Anmeldetag 21.08.2002)
6. R. Hanbury-Brown, R.Q. Twiss, Nature 177, 27-29 (1956)
7. S. Felekyan, R. Kühnemuth, V. Kudryavtsev, C. Sandhagen, W. Becker, C.A.M. Seidel, Full correlation from picoseconds to seconds by time-resolved and time-correlated single photon detection, Rev. Sci. Instrum. 76, 083104 (2005)
8. R.A. La Rue, K.A. Costello, G.A. Davis, J.P. Edgecumbe, V.W. Aebi, Photon Counting III-V Hybrid Photomultipliers Using Transmission Mode Photocathodes. IEEE Transactions on Electron Devices 44, 672-678 (1997)
9. Zeitmessschaltung, DE 698 29 769 T2 (Anmeldetag 16.11.1998)
10. Anordnung für die Impulshöhenbestimmung, P 21 63 722.9
11. Anordnung für die Impulshöhenbestimmung, Offenlegungsschrift 2 258 643
12. Einrichtung zur Energieanalyse einer Gammastrahlung, DE 32 27 337
13. Verfahren zur Registrierung von schnell aufeinanderfolgenden Impulsen sowie Vielkanal-Registriergerät zur Durchführung des Verfahrens, Patentschrift 2 043 006

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 282518 [0026]
DE 4339787 [0026]
DE 10239028 B4 [0026]
DE 69829769 T2 [0026]
DE 322733713 [0026]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

D.V. O'Connor, D. Phillips, Time-correlated single photon counting, Academic Press, London (1984) [0026]
W. Becker, H. Stiel, Verfahren zur mehrdimensionalen zeitaufgelösten Messung von Lichtsignalen durch Photonenzählung [0026]
W. Becker, Verfahren und Vorrichtung zur Messung von Lichtsignalen mit zeitlicher und räumlicher Auflösung [0026]
W. Becker, Becker & Hickl GmbH, Verfahren zur Identifizierung von natürlich vorkommenden oder synthetisch hergestellten Melaninsorten [0026]
R. Hanbury-Brown, R.Q. Twiss, Nature 177, 27-29 (1956) [0026]
S. Felekyan, R. Kühnemuth, V. Kudryavtsev, C. Sandhagen, W. Becker, C.A.M. Seidel, Full correlation from picoseconds to seconds by time-resolved and time-correlated single photon detection, Rev. Sci. Instrum. 76, 083104 (2005) [0026]
R.A. La Rue, K.A. Costello, G.A. Davis, J.P. Edgecumbe, V.W. Aebi, Photon Counting III-V Hybrid Photomultipliers Using Transmission Mode Photocathodes. IEEE Transactions on Electron Devices 44, 672-678 (1997) [0026]

Claims

Verfahren zur Aufzeichnung von optischen Quantenereignissen bei dem die Amplitude der Detektorimpulse bestimmt, abgespeichert, und zur Charakterisierung der detektierten Ereignisse herangezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem gleichzeitig die relative, auf ein Referenzsignal bezogene Zeit und/oder die absolute, auf den Start des Experiments bezogenen Zeit bestimmt, abgespeichert, und zur Charakterisierung der detektierten Ereignisse herangezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, dass die gemessene Amplitude der Detektorimpulse als Maß für die Anzahl der innerhalb der zeitlichen Impulsantwort des Detektors registrierten Quanten herangezogen wird und die Detektionsereignisse nach dieser Anzahl klassifiziert werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, dass die gemessene Amplitude der Detektorimpulse als Maß für die Energie der detektierten Quanten herangezogen wird und diese nach ihrer Energie klassifiziert werden.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei dem die für die einzelnen Detektionsereignisse bestimmten Zeiten zusammen mit der Anzahl der Quanten oder ihrer Energie als getrennte Datenworte in einem Datenspeicher abgelegt oder gepuffert und nacheinander ausgelesen werden.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei dem die für die einzelnen Detektionsereignisse bestimmten Zeiten sowie die Anzahl der Quanten oder ihre Energie als Adressworte für einen Datenspeicher verwendet werden, in dem die Ereignisse getrennt nach diesen Parametern akkumuliert werden, und somit eine Häufigkeitsverteilung der Detektionsereignisse über der absoluten und/oder relativen Zeit und der Anzahl pro Detektionsereignis detektierten Quanten oder der Energie der Quanten aufgebaut wird.
Anordnung zur Realisierung des Verfahrens nach 1, 2, 3, 4, oder 5, bestehend aus einem Detektor, einer oder mehrerer Schaltungen zur Messung der Zeiten der einzelnen Detektionsereignisse relativ zu einem Referenzsignal und/oder zur Zeit des Starts des Experiments, einer Schaltung zur Bestimmung der Amplitude der einzelnen Detektionsereignisse, und einem digitalen Speicher, in dem die entsprechenden Werte-Kombinationen als Datenworte für jedes Detektionsereignis abgelegt bzw. gepuffert werden.
Anordnung zur Realisierung des Verfahrens nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 6, bestehend aus einem Detektor, einer oder mehrerer Schaltungen zur Messung der Zeiten der einzelnen Detektionsereignisse relativ zu einem Referenzsignal und/oder zur Zeit des Starts des Experiments, einer Schaltung zur Bestimmung der Amplitude der einzelnen Detektionsereignisse, und einem digitalen Speicher, der durch die für die einzelnen Ereignisse bestimmten Werte adressiert wird, und in dem die Detektionsereignisse als Häufigkeitsverteilung akkumuliert werden.
Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Amplitude über einen Analog-Digital-Wandler bestimmt wird, der am Eingang die Detektorimpulse zugeführt bekommt und von einem Constant-Fraction-Diskriminator getriggert wird.
Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Amplitude über einen oder mehrere Diskriminatoren bestimmt wird, die am Eingang die Detektorimpulse zugeführt bekommen und mit unterschiedlichen Referenzspannungen betrieben werden.
Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Amplitude über einen oder mehrere Diskriminatoren bestimmt wird, die am Eingang die Detektorimpulse mit unterschiedlichen Amplituden zugeführt bekommen und mit gleicher Referenzspannungen betrieben werden.
Anordnung nach einem der Ansprüche 7-11, bei der die Schaltung zur Bestimmung der Amplitude der Detektorimpulse als separate Baugruppe realisiert ist, die die Amplitude der Impulse bestimmt, digitalisiert, und synchron zu den einzelnen Detektorimpulsen als Datenworte an die Schaltungsteile zur Bestimmung der Detektionszeiten und Pufferung bzw. Abspeicherung der Daten überträgt.
Anordnung nach einem der Ansprüche 6-12, bei der zur Detektion der Ereignisse ein Hybrid-Detektor verwendet wird.