時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)（TCSPC）技術(shù)原理

來(lái)源：武漢能帶科技有限公司      分類：商機(jī) 2021-10-08 09:44:54 839閱讀次數(shù)

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時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)技術(shù)所基于的原理是：在記錄低強(qiáng)度、高重復(fù)頻率的脈沖信號(hào)時(shí)，由于光強(qiáng)很低，以至于在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)探測(cè)到一個(gè)光子的概率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1。因此，沒(méi)有必要考慮在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)探測(cè)到幾個(gè)光子的情形。只要記錄這些光子，測(cè)量它們?cè)谛盘?hào)周期內(nèi)的時(shí)間，并建立光子時(shí)間分布的直方圖就足夠了。

TCSPC技術(shù)的基本原理如下圖所示

探測(cè)器的輸出信號(hào)是對(duì)應(yīng)于探測(cè)到單個(gè)光子的隨機(jī)分布的脈沖序列。當(dāng)探測(cè)到一個(gè)光子時(shí)，就可以在信號(hào)周期內(nèi)測(cè)得與探測(cè)器脈沖對(duì)應(yīng)的時(shí)間。每記錄一次這樣的事件（光子），就在對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元（Bin）中加1，該存儲(chǔ)單元的地址與探測(cè)時(shí)間對(duì)應(yīng)。在記錄很多光子之后，就可以根據(jù)存儲(chǔ)器中各個(gè)單元的光子數(shù)，得到探測(cè)時(shí)間的分布，即光脈沖的波形。

    TCSPC可以高精度的測(cè)量出每個(gè)光子脈沖的時(shí)間，因此光子計(jì)數(shù)實(shí)驗(yàn)中的帶寬僅僅受到探測(cè)器輸出脈沖的TTS (Transit time spread)限制，而不受單電子脈沖（Single electron response, SER）寬度的限制。由于探測(cè)器單光子脈沖的TTS通常比其SER要窄一個(gè)數(shù)量級(jí)，因此對(duì)特定的他測(cè)器，TCSPC技術(shù)可以獲得比任何一種模擬記錄技術(shù)更高的時(shí)間分辨率。

    TCSPC實(shí)驗(yàn)的有效分辨率可以通過(guò)儀器響應(yīng)函數(shù)IRF來(lái)表征。

所以IRF會(huì)受激光器脈沖、探測(cè)器的時(shí)間響應(yīng)、TCSPC的時(shí)間抖動(dòng)等影響。

ALPHALAS的皮秒半導(dǎo)體激光器脈寬一般是40-70ps

SPAD的時(shí)間響應(yīng)在40-350ps之間

Swabian Time Tagger時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)器的時(shí)間抖動(dòng)在4-42 ps之間。

記錄光子分布的時(shí)間通道的寬度Z小可以達(dá)到1ps。利用小的時(shí)間通道寬度，并結(jié)合大量的時(shí)間通道，可以對(duì)信號(hào)波形進(jìn)行充分的采樣。因此利用解卷積技術(shù)，可以測(cè)量比IRF寬度更短的熒光壽命。

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