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TDC及TCSPC的技術原理-TCSPC高精度時間相關單光子計數模塊

發布時間:2022-10-10 14:17:00 瀏覽量:4995 作者:James shi

正文


tdctcspc的技術原理-TCSPC高精度時間相關(guan) 單光子計數模塊


TDC技術和TCSPC技術都是用來進行時間測量的技術手段,雖然国产成人在线观看免费网站範圍大致相同,但是原理卻不同。


TDC原理如右圖所示。來自單光子探測器的光電子信號脈衝(chong) 和來自激光器的參考脈衝(chong) 輸入到延遲鏈中。時序邏輯查看延遲鏈中的數據,識別單光子和及激光脈衝(chong) 的開始-停止對,並以此方式確定單光子在激光脈衝(chong) 序列中的時間位置。然後,可以根據這些數據,建立通常的TCSPC/FLIM光子分布。



TCSPC技術所基於(yu) 的原理是:在記錄低強度、高重複頻率的脈衝(chong) 信號時,由於(yu) 光強很低,以至於(yu) 在一個(ge) 信號周期內(nei) 探測到一個(ge) 光子的概率遠遠小於(yu) 1。因此,沒有必要考慮在一個(ge) 信號周期內(nei) 探測到幾個(ge) 光子的情形。隻要記錄這些光子,測量它們(men) 在信號周期內(nei) 的時間,並建立光子時間分布的直方圖就足夠了。TCSPC技術的基本原理如圖所示。



探測器的輸出信號是對應於(yu) 探測到單個(ge) 光子的隨機分布的脈衝(chong) 序列。一般情況下,一個(ge) 信號周期內(nei) 探測到多於(yu) 一個(ge) 光子的幾率是很小的,有些信號周期會(hui) 探測到一個(ge) 光子,也有許多信號周期沒有檢測到光子。當探測到一個(ge) 光子時,就可以在信號周期內(nei) 測得與(yu) 探測器脈衝(chong) 對應的時間。每記錄一次這樣的事件(光子),就在對應的存儲(chu) 單元中加“1”,該存儲(chu) 單元的地址與(yu) 探測時間對應。在記錄了許多光子之後,就可以根據存儲(chu) 器中各個(ge) 單元的光子數,得到探測時間的分布,即光脈衝(chong) 的波形。乍看起來其原理雖然有點複雜,但TCSPC在記錄光子信號時,其時間分辨率非常高,探測效率接近於(yu) 理想。


TCSPC可以高精度地測量出單個(ge) 光子脈衝(chong) 的時間,因此,光子計數實驗中的帶寬僅(jin) 僅(jin) 受到探測器輸出脈衝(chong) 的渡越時間漲落(transit time spread,TTS)的限製,而不受單電子脈衝(chong) (single electron response,SER)寬度的限製。由於(yu) 探測器單光子脈衝(chong) 的TTS通常比其SER要窄一個(ge) 數量級,因此對特定的探測器,TCSPC技術可以獲得比任何一種模擬記錄技術更高的時間分辨率。

所以對於(yu) 時間分辨率(時間精度)這個(ge) 重要參數,TCSPC比TDC更容易實現高分辨率技術。


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