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單光子計數的原理簡介

　　單光子計數對于單光子發(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，以一定時間內的計數多少來表示信號的大小。

　　光子計數是微弱光信號檢測的一種技術，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，然后經處理把光信號從噪聲中以數字化的方式提取出來。

　　對于高精度多光子FLIM，時間相關單光子計數(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)生物事件已經發(fā)生并結束。

　　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的SPAD陣列+TDC 單光子計數相機對于高時間分辨率定量測量復雜生物事件是至關重要的。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)高數據采集速率。

更新更新時間：2024-12-10

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