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单光子计数的原理简介
2024-12-10 阅读(552)
单光子计数对于单光子发射的微弱紫外辐射，除了采用电荷积分法(即把各个光电子产生的阳极脉冲电荷积分，测出阳极平均电流)的方法之外，基于光的粒子性探测较基于光的模拟特性探测更有效，即把各光电子脉冲一个个地记录下来，以一定时间内的计数多少来表示信号的大小。
光子计数是微弱光信号检测的一种技术，其典型方式是以光电倍增管作为接受器，将光信号以光电子形式来检测。当光子入射到光电探测器上时，倍增管的光阴极释放的电子在管内电场作用下运动至阳极，在阳极的负载电阻上出现光电子脉冲，然后经处理把光信号从噪声中以数字化的方式提取出来。
对于高精度多光子FLIM，时间相关单光子计数(TCSPC)在测量精度方面非常好。就成像速度而言，由于发射过程的随机性，要求检测率远小于每个激发事件一个光子，以防止寿命拟合中的不确定性，导致TCSPC在光子计数率方面受到了很大的限制，于是，激光扫描FLIM的采集时间大约需要几分钟才能完成，然而在这个时间尺度上，许多动态生物事件已经发生并结束。
为了克服该限制，可以采用激光束阵列激发，并配合光电倍增管阵列或时间门控相机检测系统来进行并行信号采集实现。然而，开发用于显微镜和光谱技术的SPAD阵列+TDC 单光子计数相机对于高时间分辨率定量测量复杂生物事件是至关重要的。这里使用的32×32 SPAD阵列相机，其中每个像素包含单独的定时电路。在新型多焦点、多光子FLIM显微镜(MM-FLIM)中，通过并行激发和检测过程，显着提高了高分辨率荧光寿命成像的采集速率。
该系统的激发部分为二维超快光束阵列(通过SLM全息生成)，该光束共轭并准确对准SPAD阵列+TDC 光子计数相机。将收集的荧光小束直接重新成像到SPAD的光敏感区域上，填充因子光学放大到100%。每个SPAD在TCSPC模式下运行时，显微镜系统有效地由64个单独的多光子FLIM显微镜组成，这些显微镜并行工作从而实现高数据采集速率。
