Решения для построения схемы времякоррелированного счёта одиночных фотонов для изучения люминесценции
Системы TCSPC относятся к области квантового однофотонного сенсинга и часто используются для изучения быстро затухающих и достаточно тусклых событий люминесценции тех или иных материалов. В зависимости от образцов и способов, которыми вызывается люминисценция, различают следующие некоторые их типы:
- Фотолюминесценция
- Хемилюминесценция
- Сонолюминесценция
- Радиолюминесценция
- Биолюминцесценция и некоторые другие
Коррелированный по времени счёт одиночных фотонов в приложении изучения люминесценции позволяет изучать зависимость интенсивности излучения от времени и строить накопительные гистограммы за счёт сравнивания времён прихода опорных электрических импульсов и однофотонных электроимпульсов.
Оптические фильтры
Оптические фильтры часто используются в системах по изучению люминесценции в качестве компонента, выделяющего нужную спектральную полосу свечения и отсекающего различные фоновые засветки и/или ненужные для эксперимента гармоники.
При выборе оптического фильтра необходимо обращать внимание в первую очередь на:
- Спектральный(-е) диапазон(-ы) фильтрации
- Тип крепления
- Величина поглощения и отражения в максимумах пропускания
Подходящие решения
Многополосный фильтр FF01-CH2O-25 серии BrightLine®, Semrock | Пропускание 11 пиков 380–480 нм (потимизирован для флоуресценции CH2O) | Прозрачность >90% в пиках | FWHM линий пропускания 4.7 нм | |
Однополосный фильтр FF01-356/30 серии BrightLine®, Semrock | Пропускание 341-371 нм | Прозрачность >90% @ 356 нм | Гарантированная минимальная ширина полосы 30 нм | |
Дихроичный фильтр Di01-R325-25x36 серии BrightLine®, Semrock | Пропускание >336 нм |
Прозрачность >90% @ 336-1200 нм |
Размер 25.2х35.6х1.1 мм | |
Однополосный фильтр LD01-439/8 серии MaxDiode™, Semrock | Пропускание 435-443 нм | Прозрачность >90% @ 439 нм | Гарантированная минимальная ширина полосы 8 нм | |
Краевой длинноволновый фильтр FF01-300/LP-25 серии BrightLine®, Semrock | Пропускание 308-420 нм | Прозрачность >85% @ 308-420 нм | Размер 25х5 мм |
Лазеры и драйверы
В случае изучения фотолюминесценции, для генерации оптических импульсов используют лазерные диоды на драйверах или короткоимпульсные лазерные модули.
Согласно закону Стокса, длина волны люминесцентного излучения больше длины волны возбуждающего света. Исключением является антистоксовая люминесценция, при которой фотон накачки поглощается уже возбуждённым атомом образца, из-за чего фотон люминесценции будет обладать большей энергией (и меньшей длиной волны) чем у поглощённого образцом фотоне накачки.
При выборе таких лазеров необходимо обратить внимание следующие их основные характеристики:
- Центральная длина волны
- Частота следования импульсов и их длительность
- Импульсная мощность излучения
При выборе драйверов важно учитывать режим их работы, а именно:
- Частоту следования импульсов
- Длительностью импульсов
- Конфигурацию посадочного места для диода
Подходящие решения
Синий лазерный диод FBPM-488-025-10-10-00-A, II-VI | Длина волны 488 нм | Мощность 25 мВт |
PM выход Без коннектора, FC/APC, FC/PC или SMA905 - по заказу |
|
Синий лазерный диод K445F03FNLLS-3.000W, BWT |
Длина волны 445 нм |
Мощность 3 Вт |
MMF выход Без коннектора |
|
|
Активный лазер Nd: YAG с диодной накачкой STANDA-В10-TH, STANDA |
Длина волны 335 нм |
Энергия в импульсе 35-140 мкДж |
Free-space |
|
Ультрафиолетовый лазер Poplar-355, Huaray |
Длина волны 355 нм |
Мощность 3, 5, 12 или 18 мВт |
Free-space |
|
Микрочип лазер с пассивной модуляцией добротности |
Длина волны 236.5 нм |
Пиковая мощность до 20/50 кВт (наносекундные), до 5 кВт (пикосекундные) |
Free-space |
|
Импульсный диодный лазер PICOPOWER-LD |
Длина волны 375, 405, 450, 488 нм |
Пиковая мощность 250-750 мВт |
Free-space |
|
Драйвер для лазерных диодов QC2x1x6x, QDLaser |
Длина волны в зависимости от установленного диода |
Длительность импульса 50 пс |
Частота повторения одиночного импульса до 250 МГц |
|
Драйвер для лазерных диодов QC8x1x6x, QDLaser |
Длина волны в зависимости от установленного диода |
Длительность импульса 50 пс |
Частота повторения одиночного импульса до 250 МГц |
Детекторы маломощного излучения
Для регистрации чрезвычайно слабоинтенсивного люминесцентного излучения используются детекторы одиночных фотонов (ДОФы) и лавинные фотоприёмники.
В основе таких детекторов лежат лавинные фотодиоды, оптимизированные для работы в режиме Гейгера (SPADы). Принцип их работы заключается в регистрации образующегося электронного лавинного пробоя из-за инициировавшего этот пробой поглощённого фотона.
Детекторы одиночных фотонов бывают как на видимый диапазон (материал Si), так и на ближний ИК (материал InGaAs или сверхпроводящие нанопроволоки SNSPD).
На что обращать внимание при выборе таких детекторов? В первую очередь это:
- Диапазон рабочих длин волн
- Квантовая эффективность
- Частота темнового счёта
- Режим работы (стробируемый/gated/синхронный или free-running/асинхронный)
- Тип детектора (компонент или модуль)
Также имеет смысл обратить внимание на дополнительные опции:
- Частотная полоса
- Тип оптического ввода (волоконный или free-space)
- Возможность регулирования квантовой эффективности и/или частоты темнового счёта
- Частота стробирования (при наличии данной функции)
Подходящие решения
Решения для счёта фотонов видимой и ИК-областей:
SPAD с ТЕС (Mini Flat type) |
Диапазон длин волн 1100-1600 нм | Квантовая эффективность до 70% | 500/2000 Гц | |
SPAD с TEC (6 pin TO-8) |
Диапазон длин волн 1100-1600 нм | Квантовая эффективность до 70% | 500/2000 Гц | |
SPAD без TEC (6 pin TO-46) |
Диапазон длин волн 1100-1600 нм | Квантовая эффективность до 70% | 2 кГц | |
Детектор фотонов IDQube |
Диапазон длин волн 900-1700 нм | Квантовая эффективность до 25% | Частота темнового счёта от 800 Гц | |
SNSPD детектор ID281 |
Диапазон длин волн 400-2500 нм | Квантовая эффективность до 90% | Частота темнового счёта < 1 Гц | |
Детектор фотонов ID120 |
Диапазон длин волн 350-1000 нм | Квантовая эффективность до 80% | Частота темнового счёта < 200 Гц | |
Лавинный фотоприёмник VIS |
Диапазон длин волн 400-1000 нм | Полоса 1-1600 МГц | Уровень шума в темноте -80 дБм | |
Лавинный фотоприёмник ИК |
Диапазон длин волн 950-1650 нм | Полоса 1-1800 МГц | Уровень шума в темноте -80 дБм |
TCSPC электроника
После детектирования с электрических выходов фотоприёмников сигналы поступают на специальную синхронизирующую платформу, выполняющую сбор и предварительную обработку данных.
При выборе платформы для TCSPC необходимо обращать внимание на:
- Количество входных каналов
- Джиттер
- Частоту счёта и обработки
- Мёртвое время
Также немаловажно будет обратить внимание на:
- Тип логики устройства
- Скорость передачи сигнала на ПК
- Величину вносимой задержки
Подходящие решения