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      單光子計(jì)數(shù)的原理簡(jiǎn)介

      2024年12月10日 10:47:21人氣:395來(lái)源:西安立鼎光電科技有限公司

        單光子計(jì)數(shù)對(duì)于單光子發(fā)射的微弱紫外輻射,除了采用電荷積分法(即把各個(gè)光電子產(chǎn)生的陽(yáng)極脈沖電荷積分,測(cè)出陽(yáng)極平均電流)的方法之外,基于光的粒子性探測(cè)較基于光的模擬特性探測(cè)更有效,即把各光電子脈沖一個(gè)個(gè)地記錄下來(lái),以一定時(shí)間內(nèi)的計(jì)數(shù)多少來(lái)表示信號(hào)的大小。
       
        光子計(jì)數(shù)是微弱光信號(hào)檢測(cè)的一種技術(shù),其典型方式是以光電倍增管作為接受器,將光信號(hào)以光電子形式來(lái)檢測(cè)。當(dāng)光子入射到光電探測(cè)器上時(shí),倍增管的光陰極釋放的電子在管內(nèi)電場(chǎng)作用下運(yùn)動(dòng)至陽(yáng)極,在陽(yáng)極的負(fù)載電阻上出現(xiàn)光電子脈沖,然后經(jīng)處理把光信號(hào)從噪聲中以數(shù)字化的方式提取出來(lái)。
       
        對(duì)于高精度多光子FLIM,時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)(TCSPC)在測(cè)量精度方面非常好。就成像速度而言,由于發(fā)射過(guò)程的隨機(jī)性,要求檢測(cè)率遠(yuǎn)小于每個(gè)激發(fā)事件一個(gè)光子,以防止壽命擬合中的不確定性,導(dǎo)致TCSPC在光子計(jì)數(shù)率方面受到了很大的限制,于是,激光掃描FLIM的采集時(shí)間大約需要幾分鐘才能完成,然而在這個(gè)時(shí)間尺度上,許多動(dòng)態(tài)生物事件已經(jīng)發(fā)生并結(jié)束。
       
        為了克服該限制,可以采用激光束陣列激發(fā),并配合光電倍增管陣列或時(shí)間門控相機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行并行信號(hào)采集實(shí)現(xiàn)。然而,開發(fā)用于顯微鏡和光譜技術(shù)的SPAD陣列+TDC 單光子計(jì)數(shù)相機(jī)對(duì)于高時(shí)間分辨率定量測(cè)量復(fù)雜生物事件是至關(guān)重要的。這里使用的32×32 SPAD陣列相機(jī),其中每個(gè)像素包含單獨(dú)的定時(shí)電路。在新型多焦點(diǎn)、多光子FLIM顯微鏡(MM-FLIM)中,通過(guò)并行激發(fā)和檢測(cè)過(guò)程,顯著提高了高分辨率熒光壽命成像的采集速率。
       
        該系統(tǒng)的激發(fā)部分為二維超快光束陣列(通過(guò)SLM全息生成),該光束共軛并準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)SPAD陣列+TDC 光子計(jì)數(shù)相機(jī)。將收集的熒光小束直接重新成像到SPAD的光敏感區(qū)域上,填充因子光學(xué)放大到100%。每個(gè)SPAD在TCSPC模式下運(yùn)行時(shí),顯微鏡系統(tǒng)有效地由64個(gè)單獨(dú)的多光子FLIM顯微鏡組成,這些顯微鏡并行工作從而實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)采集速率。
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