时间门控拉曼光谱的创新驱动力——SPAD的突破与应用

時间门控拉曼光谱仪的研发驱动下载力——SPAD的挑战与广泛应用

拉曼光谱技术是一种基于光与物质分子振动相互作用的非破坏性光谱分析方法。通过高强度激光照射样品，大部分光会以原波长散射（瑞利散射），少量光会以不同波长散射（拉曼散射），形成拉曼光谱。每个光(guang)谱峰对应于特定的分(fen)子键振动(dong)，形(xing)成“化学指(zhi)纹"。拉曼光(guang)谱技术因(yin)其高(gao)效和多用途特点，有着非常明显的优势如：

- 非严重损坏性：不需严重损坏样本。- 不用再特种配制：不适用做多样备样组织形式。- 好成绩辨率：给出分子式职别信心。- 广泛性选用：于无机化学、装修材料物理学、类药解析等业务领域所以咧一项系统在各学科学研究方向中含有根本app价值量。只是其在现场应运监测的的时候却也存在着政治意识的其他约束如：- 拉曼不确定性很强：需要更加高硬度激光束来赚取更强的任务警报，能够破损备样。

- 荧光干(gan)扰：大部分样品可(ke)能会产生伴(ban)生荧光，干(gan)扰zui终目标(biao)信(xin)号的检测

 关键在于防范那些被限，然而出现了衍生产品工艺——时段门控拉曼工艺：

时间门控技术在拉曼中的应用主要是为了提高信噪比，减少荧光干扰。时间门控技术通过在特定时间窗口内选择性检测拉曼散射光，排除荧光和其他背景信号。荧光通常比拉(la)曼散射延迟出现，因此可以通过时间门控(kong)技术(shu)将其(qi)过滤掉。

 完成时刻门控拉曼技艺

•  就能够增强信噪比：的时间门控技巧能可观减低荧光游戏背景，增强拉曼无线信号的的检测判断度；
• 非危害性深入定性分析：在高荧光蓝本的样板中，时门控拉曼光谱定性分析依旧行使用非危害性深入定性分析；
• 符合使用范围非常广泛：时光门控技术设备符合于几种错综复杂打样定制，以及微生物打样定制、药品和物料科学实验中的高荧光打样定制；

 时光门控拉曼技巧的实验性配备并不是都要一个主要设备：

激光脉冲源：使用短脉冲激光作为激发光(guang)源，以实现时(shi)间门(men)控。

时候门控遥测器：用做在镜头光晕时候任务栏内查测拉曼网络信号。 

由于因为拉曼效应非常弱，通常仅占散射光的0.0000001%。而单光子雪崩(beng)二极(ji)(ji)管（SPAD）因其高灵敏度，能(neng)(neng)检(jian)测(ce)单(dan)(dan)个光子，极(ji)(ji)大地提高了弱拉曼(man)信号(hao)(hao)的(de)(de)检(jian)测(ce)能(neng)(neng)力，并且其低噪(zao)(zao)声特性使得在低信号(hao)(hao)水平下仍能(neng)(neng)获得高信噪(zao)(zao)比的(de)(de)拉曼(man)光谱信号(hao)(hao)。还可以在极(ji)(ji)短的(de)(de)时(shi)间窗口内进(jin)行信号(hao)(hao)采集，避开伴(ban)生荧光的(de)(de)峰(feng)值时(shi)间，从而(er)减少荧光干扰，进(jin)而(er)能(neng)(neng)够显(xian)著增强(qiang)拉曼(man)信号(hao)(hao)的(de)(de)检(jian)测(ce)能(neng)(neng)力。所以单(dan)(dan)光子雪崩(beng)二极(ji)(ji)管（SPAD）是目前(qian)拉曼(man)检(jian)测(ce)较为常用的(de)(de)器件(jian)

 

但是目前市面上商用的SPAD单光子雪崩二极管大多都为单点式，而单点SPAD在此研究中的使用还是回受到不小的限制，因为单点SPAD需要配合单色仪进行逐波段扫描探(tan)测，这就导(dao)致了测算结果的速度会(hui)非常(chang)慢，无法快速得到需要的数据(ju)

 

针对这一不足，Pi Imaging与上海昊量光电设备新推出的SPAD Lambda线阵单光子探测器，不仅具(ju)有(you)(you)单点式SPAD拥有(you)(you)的所有(you)(you)优势，更是解决了它的不足

SPAD Lambda具有320×1个SPAD硅基单光子探测器阵列，单次的(de)(de)积分时间无(wu)(wu)上(shang)限(xian)，每个像素尺寸(cun)为(wei)(wei)29um，填充因子大于80%，且内置了(le)320通(tong)(tong)(tong)道的(de)(de)10ps时间分辨率的(de)(de)tdc，自(zi)带(dai)门编(bian)辑(ji)模式（时间选通(tong)(tong)(tong)功(gong)能），选通(tong)(tong)(tong)门上(shang)升沿所需时间小于120ps，zui小选通(tong)(tong)(tong)时间为(wei)(wei)2ns，激光器(qi)同(tong)步触发信号与内部选通(tong)(tong)(tong)门的(de)(de)zui小偏移(yi)量(liang)为(wei)(wei)17ps zui大无(wu)(wu)限(xian)制。

 

在时间门控拉曼技术的应用中，门编辑模式起到了作用，其可以根据激光器的外触发信号来生成SPAD工作门，内置TDC的时间序列按照激光器的触发信号作为Start，但SPAD的工作时间是按照生成的门信号进行探测工作，虽zui小的门宽（选通时间）为2ns，但是zui小偏移也就是激光器同步触发信号的上升沿与内部生成的SPAD工作门的延迟时间zui小为17ps zui大无限制，这就(jiu)意味着设备可以按照(zhao)zui小17ps的一个时间选通调节分辨率(lv)来调整门(men)，实际(ji)原理应用解释见下文：

 

为方便介绍和计算，我们使用10M重频的皮秒半导体激光(guang)器(qi)来激发被测(ce)物，需要测(ce)量如图1中的拉曼信号，尽可能的屏(ping)蔽掉其他非目标(biao)信号的干扰。

图1

但公司只需要第四ns的学习要求无线数字信息，隔开1ns外的非学习要求无线数字信息，任何在SPAD Lambda的门编缉格局中设为2ns的SPAD事情门，还有就是二氧化碳激光数据同步无线数字信息和内部结构事情门无线数字信息的回升沿的推迟时期设为为99ns（99000ps），如此几个无线数字信息的感情就仿似图2右图：

图2

探测器中的TDC会一直持续工作，但是SPAD只会在上一个激光周期的第99ns（空测）和下一个激光周期的第1ns（有效测量）工作，SPAD在其余时间均为不工作状态，可以有效的隔绝来自非目标信号的干扰，如果需要调整对于目标信号探测时间段，则可以通过调整延迟量来调控，所(suo)得到的目标信号(hao)的直方图(tu)如下图(tu)3所(suo)示：

图3 图3为个脉冲激光期的直方图，放置的BIn宽为20ps（zui短多达到10ps），直方图例从不显示问题第4ns内和第99-100ns内的数据库源，将第99-100ns的数据库源筛除，只能得以梦想4g信号的光强即时间变化规律的问题。

SPAD Lambda的的设备免费软件可是键自动生成直方图且互相会把直方图的横纵地图平面坐标轴的TXT资料名称（SPAD光强纵轴的320个资料名称+TDC時间地图平面坐标横轴的某个资料名称）间接保护到手提电脑端，方便快捷数据文件的随着调阅及解决。

总的来说，SPAD Lambda不禁解决处理了过去单点SPAD设施的问题，要能强势加快拉曼光谱图的检则精确度度和信噪比，有点是在整理高荧光情况检样，同时还给出好几回种高效率价、高效果的解决处理的解决方案，凸显出优点，为各学科学各个领域的理论研究和适用给出了强有效的可以支持。  在时期门控拉曼光谱仪仪app中，当下商业应用化的时期门控拉曼光谱仪仪设施如瑞典的Pico Raman设施，买成本费用非常高（200-500万）。和其内在SPAD检测器材并步入SPADLambda真视。

SPAD Lambda成本较低，且只需加一个前置光栅，调(diao)整光栅与(yu)SPAD Lambda的(de)空间(jian)位置，即可同时获得多个光谱的(de)强(qiang)度及时间(jian)信息。

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