一文看懂什么是單光子計數(shù),趕快收藏
單光子計數(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個地記錄下來,以一定時間內(nèi)的計數(shù)多少來表示信號的大小。
光子計數(shù)是微弱光信號檢測的一種技術(shù),其典型方式是以光電倍增管作為接受器,將光信號以光電子形式來檢測。當光子入射到光電探測器上時,倍增管的光陰極釋放的電子在管內(nèi)電場作用下運動至陽極,在陽極的負載電阻上出現(xiàn)光電子脈沖,然后經(jīng)處理把光信號從噪聲中以數(shù)字化的方式提取出來。
對于高精度多光子FLIM,時間相關(guān)單光子計數(shù)(TCSPC)在測量精度方面非常好。就成像速度而言,由于發(fā)射過程的隨機性,要求檢測率遠小于每個激發(fā)事件一個光子,以防止壽命擬合中的不確定性,導致TCSPC在光子計數(shù)率方面受到了很大的限制,于是,激光掃描FLIM的采集時間大約需要幾分鐘才能完成,然而在這個時間尺度上,許多動態(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間門控相機檢測系統(tǒng)來進行并行信號采集實現(xiàn)。然而,開發(fā)用于顯微鏡和光譜技術(shù)的SPAD陣列+TDC 單光子計數(shù)相機對于高時間分辨率定量測量復雜生物事件是至關(guān)重要的。這里使用的32×32 SPAD陣列相機,其中每個像素包含單獨的定時電路。在新型多焦點、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),該光束共軛并準確對準SPAD陣列+TDC 光子計數(shù)相機。將收集的熒光小束直接重新成像到SPAD的光敏感區(qū)域上,填充因子光學放大到100%。每個SPAD在TCSPC模式下運行時,顯微鏡系統(tǒng)有效地由64個單獨的多光子FLIM顯微鏡組成,這些顯微鏡并行工作從而實現(xiàn)高數(shù)據(jù)采集速率。