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时间相关单光子计数及时间标记相关产品

MultiHarp 160即将推出

可扩展多通道事件计时器和TCSPC单元

  • 多达64个独立输入通道,时间分辨率为5 ps
  • 通过16通道的扩展单元进行扩展
  • 高达1.2 GHz同步速率的共用同步通道
  • 超短死区时间(650 ps),各通道无死时间串扰
  • 通过FPGA接口对数据流进行硬件访问
  • White Rabbit计时网络接口
  • 用于自定义编程的驱动程序和演示代码


MultiHarp 160是一款即插即用型多通道事件计时器及时间相关单光子计数(TCSPC)系统,并且针对需要多通道、高速且高精度计时通道的应用进行了优化处理。

可扩展到64个输入通道

输入通道的数量可以根据您的需求进行扩展:主机(MultiHarp 160 M)提供16个通道,最多可以扩展三个扩展单元(MultiHarp 160 X)。每个扩展单元给事件计时器增加16个通道,从而提供16个,32个,48个或64个同步输入通道的选择。MultiHarp 160 M还具有一个共用同步通道,作为所有16至64个输入通道的时序参考。该同步通道支持高达1.2 GHz(周期信号)的同步速率。来自所有输入通道的时间标签被组合成一个单独的数据流,通过USB 3.0接口进行访问。不需要其他同步工具。

MultiHarp 160的所有通道(包括共用同步输入通道)都可以用作探测器输入,例如,用于符合相关或符合计数。MultiHarp 160也非常适用于前向启停操作进行多探测器的TCSPC检测。而此时的共用同步输入通道,可以用作激发源的同步通道。

快速准确的事件计时

MultiHarp 160巧妙设计的时间数字转换器(5 ps分辨率,<650 ps死时间),在无需牺牲现阶段各种先进单光子探测器时间分辨率的情况下,可以充分利用时间相关单光子计数的计数率极限。凭借其超短的死时间,即使采用现阶段主流皮秒脉冲激光器工作在最高重复频率下进行脉冲激发,每个激发周期也可以检测到多个光子信号(需要PMA Hybrid系列的探测器)。

每个输入通道还具有易于访问的参数设置,其中包括触发参数以及可编程的定时偏移和保持时间的设置。

外部FPGA数据接口

对于需要多个输入通道,且每个通道上都具有高计数率的应用来说,计算机的数据读取速度和/或数据处理速度是该应用的主要瓶颈。可以通过减少发送到计算机的数据大小来绕过此瓶颈。例如,这种数据缩减可以在MultiHarp 160的直方图模式下完成,在该模式下发送到计算机的TCSPC直方图是由硬件本身从输入信号的到达时间中计算出的。为了实现最大的灵活性,外部FPGA板可通过专用FPGA接口访问MultiHarp 160的时间标签数据流。这样,数据预处理的方法可以针对特定应用进行定制和调整。

White Rabbit计时网络接口

White Rabbit是一种完全基于以太网的确定性计时网络,可提供亚纳秒级的精度并在长距离上实现设备的精确同步。得益于White Rabbit接口,MultiHarp 160随时可以集成到使用该新兴技术的系统中。

输入及同步通道

所有通道恒定型阈值, 可用软件调节具体数值

探测通道数量
(
不包含共用同步通道)

16 (主机)
32 (
主机+ 第一扩展单元)
48 (
主机+ 第一和第二扩展单元)
64 (
主机+ 第一、第二和第三扩展单元)

输入信号电压范围

-1200 mV 1200 mV

输入信号最大电压范围 (损伤阈值)

±2500 mV

触发位置

上升或下降,软件可调

触发脉冲宽度范围

> 0.4 ns

时间-数字转换器

最小时间通道宽度

5 ps

计时精度*

< 45 ps rms

计时精度 / √2*

< 32 ps rms

死时间

< 650 ps (可以通过软件以1 ns的步长增加至160 ns)

单个通道延时调节范围

±100 ns, 5 ps分辨率

微分非线性误差

< 10 % peak, < 1 % rms (全量程范围)

最大同步率(周期性脉冲序列)

1.2 GHz

柱状图模式

计数深度

32 bit (4 294 967 295 counts)

满量程时间范围

328 ns 2.74 s (根据所选时间通道宽度:5, 10, 20, …, 41 943 040 ps)

最大时间通道数

65 536

每通道峰值计数率

1.5 × 109 counts/sec@ 2048事件

可持续最高数据通量(所有通道总和)

166 × 106 counts/sec每行的8个输入通道

TTTR模式

T2 模式时间分辨率

5 ps

T3 模式时间分辨率

5, 10, 20, …, 41 943 040 ps

FiFo 缓冲深度(records)

268 435  456  events (million events)

每通道峰值计数率

1.5 × 109 counts/sec@ 2048事件

可持续最高数据通量(所有通道总和)**

80 × 106 counts/secUSB 3.0接口

FPGA 数据接口

T2/T3 模式数据吞吐量

200 × 106 counts/sec

T2直接模式数据吞吐量

(T2DM)

150 × 106 counts/sec 每行的8个输入通道
+150 × 106 counts/sec SYNC
输入

触发输出

周期

0.1 µs 1.678 s (0.596 Hz10 MHz)可编程

脉冲宽度

10 ns典型值.

基线电平幅值

0 V典型值

触发电平幅值 (脉冲峰值)

-0.5 V典型值 (50 Ohm)

外部标记信号输入

数量

4

输入规格

LVTTL, < 50 ns 上升/下降时间, > 50 ns 到波峰或波谷 (最大 5V,1 µs), hold-off时间软件可调

外部同步

Ref IN/OUT

10 MHz 50欧姆 AC耦合, 1V PP

PPS IN

1 s, LVTTL

White Rabbit接口

SFP模块连接器

操作参数

电脑接口类型

USB 3.0

电脑配置要求

双核CPU, 最小 2 GHz CPU clock, 最小 4 GB内存容量

操作系统

Windows 8/10

能耗

<150 W

*为了确定计时精度,必须重复测量时间差并计算这些测量的标准偏差(均方根误差)。这是通过将来自脉冲发生器的电信号进行分束,并将两个信号分别输入到单独的输入通道来完成的。计算出脉冲到达时间的差值以及相应的标准偏差。后一个值是均方根抖动,用于指定时间精度。但是,计算这样的时间差需要两次时间测量。因此,根据误差传播定律,通过将先前计算的标准偏差除以√(2),可以获得单通道均方根误差。我们还在此指定此单通道均方根误差,以便与其他产品进行比较。
** 可持续最高数据通量受限于电脑的配置和性能。
据我们所知,这里所提供的所有信息均是有效可靠的。但对于可能出现的不准确或遗漏,概不负责。规格及外观如有更改,恕不另行通知。

MultiHarp 160主要应用于各种需要时间标记、并且具有大量同步输入要求,而不会影响时间分辨率和数据吞吐量的应用中,例如:

  • 符合相关
  • 量子通讯
  • 线性光学量子计算
  • 量子纠缠
  • 扩散光学层析成像
  • TD-fNIRS
  • LIDAR/Ranging/SLR
  • 时间分辨荧光
  • 光电子设备的时间响应特性
  • 时间分辨磷光(TRPL)
  • 荧光寿命成像(FLIM)
  • 磷光寿命成像(PLIM)
  • 多色寿命成像
  • 荧光相关光谱(FCS)
  • 荧光寿命相关光谱(FLCS)
  • 单分子探测/光谱学
  • TRPL成像


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。MultiHarp 160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,MultiHarp 160没有所谓的同步信号输入,所有输入信号都被同等对待。所有的输入通道都用来连接单光子探测器,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。死时间只存在于每个通道内,而不存在于通道间。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。


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1.2GHz频率。激光器输出的同步信号被连接到Multiharp160上专用的独立共用同步接收端,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。
外部标记信号
MultiHarp 160在TTTR模式支持记录多达4种不同的外部标记信号,这些外部标记信号可以通过SubD接口以TTL电信号的方式提供给仪器。这些标记被记录在TTTR数据流中。这使得TTTR测量可以与几乎任何实验精确同步,例如用于成像应用压电扫描平台的移动或电光调制器的开关。
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。