JP5478913B2 - 光検出装置 - Google Patents
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Description
装置であって、光検出器に対して、筐体の内部で接続される光ファイバと、筐体内の光フ
ァイバの所定長さの範囲に対して接触する冷却部とを備え、冷却部は、光ファイバを背景
光除去手段として機能させ、光ファイバの所定長さの冷却長(cm)は、光ファイバのコア径(μm)に対して下記式(1);冷却長=24.3×{1−exp(−0.0028×コア径)}…(1)に示す値に設定される、ことを特徴とする。或いは、本発明の光検出装置は、筐体内に光検出器を内蔵する光検出装置であって、光検出器に対して、筐体の内部で接続される光ファイバと、筐体内の光ファイバの所定長さの範囲に対して接触する冷却部とを備え、冷却部は、光ファイバを背景光除去手段として機能させ、光ファイバの所定長さの冷却長(cm)は、光ファイバのコア径(μm)に対して下記式(2);冷却長=0.0143×コア径…(2)に示す値に設定される、ことを特徴とする。
冷却長=24.3×{1−exp(−0.0028×コア径)} …(1)
上記式(1)で規定される長さ以上の冷却長があれば、暗電流の低減の効果は最大限発揮できる。本願の効果が引き出せる暗電流が信号電流より多い微弱光検出領域においては、S/N(信号対ノイズ比)は暗電流のマイナス1/2乗で改善される。すなわち暗電流が1/100になればS/Nは1桁改善される。光検出において1桁のS/Nの改善は非常に大きな検出能力の改善で意味がある。そこで、図6に示された測定条件と同じ冷却温度―60°Cにおける従来検出器の暗電流である2.5E−8[A]、すなわち25,000[pA]に対して1/100の暗電流となるに必要な冷却長を、図6の外挿から見積もった。その結果を図7に示す。このグラフからS/Nを1桁改善するに必要なファイバの冷却長とコア径の関係は、下記式(2)で示される。
冷却長=0.0143×コア径 …(2)
すなわち、上記式(2)で計算される長さ以上にファイバを冷却すれはS/Nは1桁以上改善される。なお、ファイバの冷却温度を−60°C以下に設定した場合においても、式(1)及び式(2)で決まる冷却長以上にファイバを冷却すると同様の効果が達成される。
B12 = B21 …(3)
A21 = (2hν3/C2)B21 …(4)
n1/n2 = exp(hν/κT) …(5)
の関係が成立する。hはプランク定数、νはレベル1とレベル2のエネルギー差で決まる光の振動数、Cは真空中の光の速度、κはボルツマン定数、Tは温度である。上記式(3),(4)はアインシュタインの関係式と呼ばれるもので、上記式(5)は熱平衡の式である。今、平衡状態で強度がPなる光が存在すると、下記式(6);
n1B12P = N2A21 + n2B21P …(6)
が成立し、これより下記式(7);
P = (2hν3/C2)/{exp(hν/κT)−1} …(7)
により光強度が決定される。この光強度Pが背景光の強度である。
Claims (7)
- 筐体内に光検出器を内蔵する光検出装置であって、
前記光検出器に対して、前記筐体の内部で接続される光ファイバと、
前記筐体内の前記光ファイバの所定長さの範囲に対して接触する冷却部とを備え、
前記冷却部は、前記光ファイバを背景光除去手段として機能させ、
前記光ファイバの前記所定長さの冷却長(cm)は、前記光ファイバのコア径(μm)に対して下記式(1);
冷却長=24.3×{1−exp(−0.0028×コア径)}…(1)
に示す値に設定される、
ことを特徴とする光検出装置。 - 筐体内に光検出器を内蔵する光検出装置であって、
前記光検出器に対して、前記筐体の内部で接続される光ファイバと、
前記筐体内の前記光ファイバの所定長さの範囲に対して接触する冷却部とを備え、
前記冷却部は、前記光ファイバを背景光除去手段として機能させ、
前記光ファイバの前記所定長さの冷却長(cm)は、前記光ファイバのコア径(μm)に対して下記式(2);
冷却長=0.0143×コア径…(2)
に示す値に設定される、
ことを特徴とする光検出装置。 - 前記光ファイバは、前記所定長さの範囲において前記冷却部に巻回されている、
ことを特徴とする請求項1又は2記載の光検出装置。 - 前記光検出器は、光電面が形成された面板を有し、
前記光ファイバは、その端部が前記面板に対向して配置されている、
ことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の光検出装置。 - 前記冷却部は、冷却素子と該冷却素子に直接接触する平板状の冷却ブロックとを含み、
前記光ファイバは、前記所定長さの範囲において前記冷却ブロックに巻回されている、
ことを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の光検出装置。 - 前記冷却ブロックは、前記冷却素子に面接触している、
ことを特徴とする請求項5記載の光検出装置。 - 前記冷却部は、前記冷却ブロックに接触する第2の冷却ブロックをさらに含み、
前記面板は、前記第2の冷却ブロックに面接触されている、
ことを特徴とする請求項5又は6記載の光検出装置。
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