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TDC及TCSPC的技術(shù)原理-TCSPC高精度時(shí)間相關(guān)單光子計數模塊

更新時(shí)間:2022-12-02 點(diǎn)擊次數:1331

tdc及tcspc的技術(shù)原理-TCSPC高精度時(shí)間相關(guān)單光子計數模塊


TDC技術(shù)和TCSPC技術(shù)都是用來(lái)進(jìn)行時(shí)間測量的技術(shù)手段,雖然應用范圍大致相同,但是原理卻不同。


TDC原理如右圖所示。來(lái)自單光子探測器的光電子信號脈沖和來(lái)自激光器的參考脈沖輸入到延遲鏈中。時(shí)序邏輯查看延遲鏈中的數據,識別單光子和及激光脈沖的開(kāi)始-停止對,并以此方式確定單光子在激光脈沖序列中的時(shí)間位置。然后,可以根據這些數據,建立通常的TCSPC/FLIM光子分布。



TCSPC技術(shù)所基于的原理是:在記錄低強度、高重復頻率的脈沖信號時(shí),由于光強很低,以至于在一個(gè)信號周期內探測到一個(gè)光子的概率遠遠小于1。因此,沒(méi)有必要考慮在一個(gè)信號周期內探測到幾個(gè)光子的情形。只要記錄這些光子,測量它們在信號周期內的時(shí)間,并建立光子時(shí)間分布的直方圖就足夠了。TCSPC技術(shù)的基本原理如圖所示。



探測器的輸出信號是對應于探測到單個(gè)光子的隨機分布的脈沖序列。一般情況下,一個(gè)信號周期內探測到多于一個(gè)光子的幾率是很小的,有些信號周期會(huì )探測到一個(gè)光子,也有許多信號周期沒(méi)有檢測到光子。當探測到一個(gè)光子時(shí),就可以在信號周期內測得與探測器脈沖對應的時(shí)間。每記錄一次這樣的事件(光子),就在對應的存儲單元中加“1",該存儲單元的地址與探測時(shí)間對應。在記錄了許多光子之后,就可以根據存儲器中各個(gè)單元的光子數,得到探測時(shí)間的分布,即光脈沖的波形。乍看起來(lái)其原理雖然有點(diǎn)復雜,但TCSPC在記錄光子信號時(shí),其時(shí)間分辨率非常高,探測效率接近于理想。


TCSPC可以高精度地測量出單個(gè)光子脈沖的時(shí)間,因此,光子計數實(shí)驗中的帶寬僅僅受到探測器輸出脈沖的渡越時(shí)間漲落(transit time spread,TTS)的限制,而不受單電子脈沖(single electron response,SER)寬度的限制。由于探測器單光子脈沖的TTS通常比其SER要窄一個(gè)數量級,因此對特定的探測器,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。

所以對于時(shí)間分辨率(時(shí)間精度)這個(gè)重要參數,TCSPC比TDC更容易實(shí)現高分辨率技術(shù)。


上海昊量光電推出的高分辨率多通道的時(shí)間相關(guān)單光子計數TCSPC模塊——quTAG。quTAG是一款易于使用的時(shí)間數字轉換器和時(shí)間標記器件,專(zhuān)為時(shí)間相關(guān)單光子計數(TCSPC)而設計。與其他同類(lèi)產(chǎn)品相比,在相同的時(shí)間精度下,quTAG擁有更多的stop通道數;在相同的時(shí)間精度和通道數下,quTAG能實(shí)現更低的抖動(dòng)。其性?xún)r(jià)比高,應用領(lǐng)域廣泛,時(shí)間相關(guān)單光子計數器中的明星產(chǎn)品。


這款時(shí)間相關(guān)單光子計數器,時(shí)間精度為1ps,時(shí)間抖動(dòng)低<2.3 ps,最高可達32個(gè)stop通道,每通道最高計數率可達100MHz,并可同步10臺設備。更是有不同的型號供挑選,來(lái)滿(mǎn)足不同的應用需求。




時(shí)間相關(guān)單光子計數器quTAG的應用軟件功能模塊不僅有計數,時(shí)間符合窗口,直方圖模塊;還有Detecter Parameters模塊可對每個(gè)通道進(jìn)行調節;更有二階相干性模塊以及Life time模塊來(lái)進(jìn)行相關(guān)研究的數據處理及呈現,如下圖:



并且所有 quTAG都含有軟件包,該軟件包具有易于使用的 GUI 和強大的 API,可以通過(guò)外部軟件例程(如 C、Python、LabView 和 Matlab)控制所有功能,支持二次軟件開(kāi)發(fā)。所有的功能都包含在軟件包中,你可以直接獲得時(shí)間戳或者以簡(jiǎn)單的文件格式保存到你的硬盤(pán),供您自己的分析軟件進(jìn)行后續處理。該軟件適用于32 位和 64 位的 Windows 和 Linux。


基于硬件的性能和軟件的功能,quTAG的在皮秒時(shí)間測量的應用范圍非常廣泛,是粒子物理、生物、量子光學(xué)、距離修正等領(lǐng)域的不二利器!



我們喜歡挑戰!如果您需要quTAG高精度時(shí)間相關(guān)單光子計數器的二次程序開(kāi)發(fā),如互相關(guān)算法等,我們可以為您提供支持,讓您的研究因quTAG事半功倍!


上海昊量光電作為德國quTools公司的獨jia代理,為您提供專(zhuān)業(yè)的選型以及技術(shù)服務(wù)。對于TDC及TCSPC的技術(shù)原理-TCSPC高精度時(shí)間相關(guān)單光子計數模塊分辨率很高的TCSPC----Time Jitter<2.3ps,Time Bin<1ps !有興趣或者任何問(wèn)題,都歡迎通過(guò)電話(huà)、電子郵件或者微信與我們聯(lián)系。


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