陈根:“时间透镜”,有望提高TCSPC准确性


 陈根:“时间透镜”,有望提高TCSPC准确性
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文|陈根
时间相关单光子计数(TCSPC)是为检测被射线激发的闪烁体发光而建立的技术 , 后来被应用到荧光寿命的测量 , 具有时间分辨率高、灵敏度高、测量精度高、动态范围大、便于计算机存贮和处理等优点 。 其在近代物理、化学、生物等领域中获得了广泛应用 , 特别在研究发光动力学方面更有它的特殊用途 。
在传统的TCSPC工具中 , 该技术只能测量到一定精度的时间 。 如果两个光子到达设备时距离太近 , 例如相隔100万亿分之一秒或更短 , 探测器就会将它们记录为一个光子 , 从而会影响最终结果的准确性 。
近日 , 科罗拉多大学博尔德分校的研究人员尝试使用一种被称为“时间透镜”的超快光学工具来解决这一问题 。 研究人员表明 , 在几乎所有的TCSPC系统中 , 都可以加入时间透镜的修改 。 利用该方法测量光子的到达 , 单光子计时分辨率大大提高 , 比现有工具好约100多倍 。
通常情况下 , TCSPC使用一个同步信号源驱动激光器 , 出射光脉冲照射样品池 , 再利用光子探测装置(多为PMT)对荧光信号进行探测 , 每一个光子计数信号都会落入一个对应的时间窗口 。
在多通道分析器中 , 这些输出脉冲均依次送人各通道中累加贮存 , 就获得了与原始波形一致的直方图 。 在某一时间间隔内检测到光子的几率与荧光发射强度成正比例 , 重复多次测量得到荧光强度衰变规律 , 以此得到对事物的了解 。
现在 , 研究人员使这两个光子经过时间透镜 , 在这个过程中 , 其中一个光子变慢了 , 而另一个光子变快了 , 两个光子之间的分离将被放大 , 可以使用一个探测仪测量 。 此外 , 内置时间透镜的TCSPC设备可以区分到达检测器的光子 , 这些光子的间隙为几十万亿分之一秒 , 比普通设备所能达到的效果优秀几个数量级 。
未来 , 该发明可能会带来一系列成像技术的重大改进 , 比如绘制森林和山脉传感器 , 或者诊断像阿尔茨海默氏症和癌症这样的疾病 。
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