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脈沖計數(shù)器/時間間隔定時器教學(xué)實驗裝置

我們的“ 雙縫干涉，單光子時間 “已經(jīng)成為經(jīng)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(shù)器/間隔定時器單元：

• 從噪聲背景中區(qū)分脈沖事件，脈沖振幅10 mV至1伏特;
• 正確的單位時間內(nèi)的計數(shù)'事件'，0.1，1.0，或10秒計數(shù)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(shù)據(jù)文件（通過超級終端，在一臺主機(jī)），每單位時間的連續(xù)計數(shù)，或連續(xù)計數(shù)之間的時間間隔。

到計數(shù)器/定時器單元，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，建立一個電子鑒別。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。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PMT脈沖會議產(chǎn)生的脈沖的電子標(biāo)準(zhǔn)。但是時間發(fā)生的這些事件應(yīng)該服從泊松過程的法律-他們預(yù)期發(fā)生互不相關(guān)，并在隨機(jī)的時間，但仍然在一些平均匯率。****的任何計數(shù)器測量的平均計數(shù)率的研究單光子事件。但是，對于學(xué)習(xí)計數(shù)率的波動，因此隨機(jī)事件的統(tǒng)計特性，是需要很長的一系列這樣的計數(shù)。例如，假設(shè)我們正在計數(shù)的光子到達(dá)中央條紋的干涉圖案的頂部的兩個狹縫的裝置被設(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每秒計數(shù)率，我們會找到什么，如果我們做很多重復(fù)個別測量？答案是如圖所示。2，這是一個散點圖的脈沖計數(shù)1秒1200連續(xù)試驗。圖。2：在1秒閘門時間檢測到的光子事件數(shù)的散點圖，觀察數(shù)的函數(shù)繪制，1200連續(xù)觀察

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

• 計數(shù)率的標(biāo)準(zhǔn)差是什么？
• 結(jié)果，這取決于如何（變量）平均計數(shù)率？
• 卡方檢驗什么說一下圖中的數(shù)據(jù)。2？
• 這是圖中的數(shù)據(jù)的直方圖。2？（參見圖3）。這是分銷高斯，它有預(yù)期的寬度從泊松統(tǒng)計圖。3：直方圖的數(shù)據(jù)的圖。2，顯示還預(yù)計預(yù)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(jié)。2：顯示計數(shù)到達(dá)的平均增長率大約為10 ³ /秒，這意味著計數(shù)到達(dá)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(fù)測量，個別值將導(dǎo)致？什么值的分布將導(dǎo)致重復(fù)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(shù)器/定時器可被配置來衡量這樣一個時間間隔，如此反復(fù)做，并將結(jié)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(fā)現(xiàn)（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(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毫秒的平均計數(shù)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(yù)期指數(shù)是一個隨機(jī)事件的假設(shè)測試：光子探測任何周期性事件，或在他們的到來，任何相關(guān)性將直接顯示在這個情節(jié)。

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(jī)，和所有的人易患統(tǒng)計研究。你可能會認(rèn)為一個相當(dāng)**的時鐘，或蓋革計數(shù)器，此類事件的來源。這樣的統(tǒng)計研究的先決條件，是一個大樣本的數(shù)據(jù)，我們現(xiàn)在已經(jīng)取得容易，簡單，盡可能獲得。我們重視我們新的計數(shù)器/定時器操作的透明度，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**采取手動設(shè)置的**個（小）的數(shù)據(jù)，讓他們明白的列表數(shù)據(jù)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(xué)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(tǒng)計特性，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.