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技術(shù)文章

單光子計(jì)數(shù)的原理簡介

　　單光子計(jì)數(shù)對于單光子發(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)生的陽極脈沖電荷積分，測出陽極平均電流)的方法之外，基于光的粒子性探測較基于光的模擬特性探測更有效，即把各光電子脈沖一個(gè)個(gè)地記錄下來，以一定時(shí)間內(nèi)的計(jì)數(shù)多少來表示信號(hào)的大小。

　　光子計(jì)數(shù)是微弱光信號(hào)檢測的一種技術(shù)，其典型方式是以光電倍增管作為接受器，將光信號(hào)以光電子形式來檢測。當(dāng)光子入射到光電探測器上時(shí)，倍增管的光陰極釋放的電子在管內(nèi)電場作用下運(yùn)動(dòng)至陽極，在陽極的負(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。

　　對于高精度多光子FLIM，時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)(TCSPC)在測量精度方面非常好。就成像速度而言，由于發(fā)射過程的隨機(jī)性，要求檢測率遠(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)檢測系統(tǒng)來進(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)對于高時(shí)間分辨率定量測量復(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，通過并行激發(fā)和檢測過程，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SLM全息生成)，該光束共軛并準(zhǔn)確對準(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。

更新更新時(shí)間：2024-12-10

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