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时间相关单光子计数及时间标记相关产品

HydraHarp 400

多通道皮秒事件计时器&TCSPC模块

  • 最多支持8通道,以及1个共用同步通道(最高150MHz计数率)
  • 每通道65536个柱状图时间通道个数,最小通道宽度为1ps
  • 时间标记模式下,最高可持续计数率40Mcps
  • 柱状图模式下测量范围为65ns2.19s

HydraHarp400是一款即插即用型时间间隔分析(TIA)及时间相关单光子计数(TCSPC)系统,支持拓展多个独立通道(专利编号DE 10 2008 004 549)。它通过USB 3.0高速接口与电脑连接。

可选多个输入通道

HydraHarp 400有不同的主机尺寸,分别对应4通道版本和8通道版本,通道之间相互独立,可被用于符合相关或者多路TCSPC的实验测量。另外,该产品有额外的共用同步接收端,最大支持150MHz同步信号接入。

HydraHarp 400 - Mutichannel TCSPC Module (small configuration)

相互独立的通道设计, 1ps分辨率

HydraHarp 400每个通道最高支持12.5Mcps的计数率,同时拥有高稳定性,高校准度的1ps最小时间通道宽度(时间分辨率),极低的微分非线性误差。使用外部时钟器件,可以和该设备内部时钟进行同步,从而与其他计时设备联动运作。目前,HydraHarp 400的计时精度可以完美与主流单光子探测器匹配使用,例如单光子雪崩二极管(SPAD),微通道光电倍增管(MCP)等。

可调延时功能

HydraHarp 400在每个接收通道内都设置有延时功能,调节范围±100 ns,调节精度为1ps。

HydraHarp 400 - FCS correlator

时间标记模式

在时间标记模式下,每个光子事件的具体抵达时间都被存储在文件中,后续可以对数据进行各种复杂的光子动态学相关分析。时间标记时间分辨(TTTR)模式的数据可以实时获取,用于监测荧光相关光谱(FCS)实验的进展,该模式下最高支持1Mcps计数率。同时,在该模式下,HydraHarp 400可以与其他硬件同步,例如用于成像扫描台的同步。

输入及同步通道

阈值调节

每个通道都含有定比鉴别器(CFD),可用软件调节具体数值

输入信号电压范围

0 mV -1000 mV, 最佳: -100 mV -500 mV

触发位置

下降沿

触发脉冲宽度范围

0.5 ns 30 ns

触发脉冲上升/下降沿宽度

最大2 ns

外部参考信号规格

输入

10 MHz, 最小 200 mV, 最大 1 V pp, 50 Ohms, 交流耦合

输出

10 MHz, 300 mV pp, 50 Ohms, 交流耦合

时间 - 数字转换器

最小时间通道宽度

1 ps

计时精度

< 12 ps rms

计时精度 / √2*

< 8.5 ps rms

最大时间范围 - 柱状图模式

65 ns 2.19 s (根据所选时间通道宽度 1, 2, 4, ..., 33 554 432 ps)

最大时间范围 - 时间标记模式

无限

单通道最大计数率

12.5 × 106 counts/sec

同步通道最大计数率

150 MHz

单个通道延时调节范围

± 100 ns, 精度 1 ps

死时间

< 80 ns

微分非线性误差

< 2 % 峰值, < 0.2 % rms (全量程范围)

柱状图模式

单个时间通道计数深度

4.294.967.296 (32 bit)

最大时间通道

65536

采集时间范围

1 ms 100 hours

TTTR模式

T2 模式时间分辨率

1 ps

T3 模式时间分辨率

1, 2, 4, ..., 33 554 432 ps

FiFo 缓冲深度

2097152

可持续最高数据通量
(
所有通道总和)

40 × 106 events/sec典型值

操作参数

电脑接口类型

USB 3.0

电脑配置要求

最小 1 GHz CPU clock, 最小 1 GB 内存容量

操作系统

Windows 8/10

能耗

普通主机 < 50 W, 大型主机 < 100 W, 100 240 VAC工作环境

HydraHarp 400可被广泛应用于需求多个互相独立通道的TCSPC或时间标记系统中,例如:

  • 时间分辨荧光
  • 荧光寿命成像(FLIM)
  • 磷光寿命成像(PLIM)
  • 荧光相关光谱(FCS)
  • 荧光寿命相关光谱(FLCS)
  • 荧光共振能量转移(FRET)
  • 超分辨显微(STED)
  • 双聚焦荧光相关光谱(2fFCS)
  • 脉冲交错激发(PIE)
  • 荧光各向异性(偏振)
  • 单分子探测/光谱学
  • 单线态氧
  • 时间分辨磷光(TRPL)
  • TRPL成像
  • 镧化物上转换
  • Bunch纯度测量
  • 激光测距
  • 反聚束
  • 扩散光学层析成像
  • 符合相关
  • 量子通讯
  • 量子纠缠
  • 量子传输
  • 量子信息处理
  • 正电子湮没寿命光谱
  • 光电子设备的时间响应特性
  • 强度相关干涉学
  • 时间间隔分析
  • Thomas-Bollinger单光子法

HydraHarp自带软件的主要功能包括:设定采集参数,显示数据,读取和存储采集参数及数据。并提供有动态数据库和接口,可以被用于自定义编程。

HydraHarp 400所保存的数据可以用不同的软件进行分析,例如EasyTau 2,SymPhoTime 64等,另外还有专门用于光子相关分析的QuCoa软件,也可以对数据进行相应的分析处理。

HydraHarp 400 - Operation software

该软件的主要操作模式如下:

积分模式

采用累积的方式采集数据,手动开始,可以设置为满足条件自动停止,或者手动停止。

示波器模式

自动重复采集数据,每次重复刷新都会覆盖前一次采集的数据。

时间分辨发射光谱(TRES)

用于控制单色仪,从而完成自动采集时间分辨发射光谱。目前支持的单色仪有:Sciencetech 9030, Sciencetech 9055, Acton Research SP-2155 以及 Acton Research SP-275。

时间标记时间分辨模式(TTTR)

连续记录每个光子事件,包含有抵达时间信息,通道信息等。可被用于FCS,反聚束等实验。与扫描设备联用时,可以进行荧光寿命成像(FLIM)及其相关的实验。

HydraHarp 400 - FCS correlator

TTTR模式

在TTTR模式下,可以将单个计数事件直接记录到硬盘或计算机内存中。每个光子的时间信息将会作为一个事件记录被完整的保存下来,不经过任何计算和筛选。这个模式对于荧光动态过程的深入研究是非常有意义的。设备连续记录每个光子事件,包含有抵达时间信息,通道信息等。非常有利于如,photon burst 识别,FCS,爆发累积荧光寿命(BIFL)测量,FLIM,以及量子光学相关的应用。HydraHarp 400目前有T2和T3两种TTTR模式-这个概念最初是在Harp系列的产品中引入的。它们对输入通道的使用略有不同。通过使用合适的模式,可以涵盖非常广泛的应用。

T2模式

在T2模式下,HydraHarp 400没有所谓的同步信号输入,所有输入信号都被同等对待。一般情况下,各探测通道都会连接到单光子探测器,并且所有的光子事件都会被分别独立记录,包括其通道信息和绝对探测时间信息。如果数据量溢出,一个特别的溢出标记会被插入并记录,后续存储位置继续记录前一个溢出的数据,所以理论上支持无限溢出的数据流量。每个通道约有80ns的死时间,但是不同通道间的死时间不会相互影响。因此,互相关过程可以在0延迟的情况下被准确记录。这个特点可以适用于各种功能强大的新应用中,比如用一台该仪器实现延迟时间从皮秒到几小时不等的FCS探测。自相关也可以在全分辨率下计算,当然只能从大于死区时间的滞后时间开始计算。

T2 mode of the HydraHarp 400 - scheme

T3模式

T3模式被专门用于和高重复频率的脉冲激光器联用,最高支持150MHz频率。激光器输出的同步信号被连接到HydraHarp上专用的独立同步接收端,总体的实验配置和TCSPC柱状图模式相似。除了常规的皮秒级别的启停计时外,还记录了通道数,每个事件的绝对探测时间。时间标签是通过简单地计算同步脉冲来获得的。因此,从T3模式的事件记录,可以精确地确定一个光子事件属于哪个同步周期。又因为精确地知道同步周期,因此这还允许相对于整个实验时间重构光子的到 达时间。如果数据量溢出,一个特别的溢出标记会被插入并记录,后续存储位置继续记录前一个溢出的数据,所以理论上支持无限溢出的数据流量。

T3 mode of the HydraHarp 400 - scheme

外部标记信号

两种TTTR模式都支持记录最多4种不同的外部标记信号,外部标记信号要求为TTL电信号。这些标记被记录在TTTR数据流中。目前的主要应用方向是FLIM和基于FLIM的荧光共振能量转移(FRET),我们的MicroTime 200系统针对这两项应用集成了完备先进的荧光成像方案,

软件支持

设备自带软件包含有多种demo程序,可供参考和后续编译。同时,用户还可以考虑我们的SymPhoTime 64以及QuCoa两种软件,它们包含完备的采集,分析模块,可以为许多实验类型提供最专业的数据采集和处理。