光在我们的生活中很重要。电也很重要。光可以变成电。我们把光变成电的机器叫光电检测器。这个机器在很多地方用到。比如医院的检查设备。比如晚上的路灯。比如家里的电视遥控器。这些机器都需要光电检测器。

光电检测器有一个问题。这个问题是噪声。噪声就是不好的信号。噪声会让信号不清楚。比如两个人说话。旁边有汽车声音。汽车声音就是噪声。我们听不清说话。光电检测器也一样。有噪声的时候。机器看不清楚光信号。我们想要的结果就不准确。

我们想要噪声小的光电检测器。这就是低噪声光电检测。低噪声就是噪声很小。噪声小的机器更好。它更灵敏。它能看见很弱的光。它能测量更准确。这对科学实验很重要。对医生看病也很重要。对工厂生产也很重要。

光电检测器怎么工作呢。光照射到检测器上。光有能量。光的能量让材料里的电子动起来。电子动起来就有电流。电流就是电的信号。我们测量这个信号。就知道光有多强。

噪声从哪里来呢。噪声有很多来源。一种噪声来自光本身。光有时候多有时候少。这不稳定。这就像下雨。雨点有时密有时稀。我们数不清雨点。另一种噪声来自材料。材料里的电子自己会动。这产生噪声。还有一种噪声来自机器里的零件。零件发热。热会让电子乱动。这产生噪声。还有外面的电磁波。比如手机信号。这也会带来噪声。

我们怎么减少噪声呢。有很多方法。我们可以选好的材料。有些材料电子很安静。电子不乱动。噪声就小。比如硅材料。硅很好。我们常用硅。还有另一种材料叫砷化镓。砷化镓也很好。噪声更小。但砷化镓更贵。

我们可以设计好的电路。电路就像道路。电子在道路上走。好的道路很平坦。电子走得很顺利。噪声就小。我们可以在电路上加一个滤波器。滤波器像筛子。筛子只让好的信号通过。噪声被筛掉了。信号就干净了。

我们可以让机器变冷。机器冷了。电子就不乱动了。噪声就小了。就像冬天水结冰。水分子不动了。我们把机器放在冰箱里。但不是家里的冰箱。是特殊的冰箱。这个冰箱非常冷。零下一百多度。噪声变得非常小。

我们可以把机器包起来。用金属包起来。金属可以挡住外面的电磁波。像雨衣挡雨。外面的噪声进不来。里面的信号就干净了。

我们做实验验证这些方法。我们做一个光电检测器。用硅材料。我们设计一个电路。电路里有滤波器。我们把机器放在冷的地方。我们用金属盒子包起来。我们用手电筒照它。手电筒的光很弱。我们测量电流。

第一次实验。我们不降温。不用金属盒子。我们测量信号。信号很小。噪声很大。我们看不清楚信号。

第二次实验。我们降温。机器变冷了。我们测量信号。信号变清楚了。噪声小了。

第三次实验。我们加上金属盒子。再测量信号。信号更清楚了。噪声更小了。

我们记录数据。数据是数字。我们比较数字。噪声小的数字变化小。噪声大的数字变化大。我们看到降温后数字变化小。加金属盒子后数字变化更小。

这些方法有用。低噪声光电检测器可以做出来。这种机器可以用在望远镜上。望远镜看星星。星星的光很弱。噪声小的机器能看到更暗的星星。这种机器可以用在光纤通信上。光纤传信号。信号传得远。噪声小的机器能看清信号。通信更稳定。

这种机器还可以用在生物传感器上。传感器检查血液。血液里的细胞很少。光信号很弱。噪声小的机器能准确测量。医生能更好诊断疾病。

我们还可以改进机器。我们可以找更好的材料。比如二维材料。二维材料很薄。只有一层原子。电子在里面走得很顺。噪声可能更小。我们可以设计更聪明的电路。电路能自己调整。信号大时一种处理。信号小时另一种处理。噪声被更好地去掉。

我们可以用计算机帮忙。计算机计算噪声的特点。计算机告诉我们怎么改机器。计算机模型很准确。我们不用做很多实验。计算机先模拟。我们省时间省材料。

低噪声光电检测器会越来越小。越来越便宜。以前只有大实验室有。以后小医院也能有。家里也能有。比如测空气质量的机器。检测雾霾。雾霾颗粒很小。光散射信号弱。低噪声机器能准确测量。我们知道空气质量好不好。

低噪声光电检测器让生活更好。让科学进步。让技术发展。我们继续研究。继续改进。噪声会越来越小。信号会越来越清楚。