时间相关单光子计数及时间标记相关产品
TimeHarp 260
TCSPC及MCS双模式PCIe接口板卡
- 可选1或2个独立输入通道，固有1个共用同步通道(最大计数率100MHz)
- 可选基础时间分辨率25ps(PICO型号)或250ps(NANO型号)
- PICO型号可以选配"Long range"模式，该模式下基础时间分辨率为2.5ns
- 超短死时间(PICO型号<25ns，NANO型号<2ns)
TimeHarp 260是一款紧凑型时间相关单光子计数(TCSPC)及多通道复用(MCS)计数卡，使用PCIe接口与电脑连接。其内部包含一种定制化的时间-数字转换器(TDC)模块，死时间极短，同时拥有较高时间分辨率。该计数卡有两个版本，分别是25ps基础分辨率的PICO版本，以及250ps基础分辨率的NANO版本。
可选多个输入通道
每种版本的TimeHarp 260都有单通道(SINGLE)和双通道(DUAL)两种版本，都拥有独立的同步通道，其中DUAL版本下，独立探测通道数量为两个。所有的同步通道和探测通道都可被用于独立计数，作为符合相关的计数单元。该设备通道之间相互独立，可被用于多路TCSPC的实验测量。最高支持100MHz同步计数率。
高分辨率TCSPC - PICO版本
TimeHarp 260 PICO拥有高时间分辨率25ps，同时，时间抖动<20ps，与当前主流单光子探测器完美匹配。所有通道都具备定比鉴别器(CFD)。PICO版本的死时间<25ns，支持极高的计数率，而且微分非线性误差极小，能有效的保障测量数据的准确性。
在柱状图模式下，PICO版本可以选配"Long range"模式，该模式下，基本时间通道宽度(时间分辨率)为2.5ns，同时死时间下降到<2.5ns，可用于极长寿命的测量。
极短死时间 - NANO版本
TimeHarp 260 NANO拥有超短的死时间，同时兼顾较好的时间分辨率。和PICO版本一样，它支持跨通道的符合相关计数。极短的死时间加上超长的时间测量范围，NANO非常适合多通道复用(MCS)方面的应用。它还具备软件可调鉴别器和极性反转功能，使其适用范围更加广泛。在测量长时间的衰减时，NANO可以在单个脉冲循环内，多次记录光子事件，拥有相对较高的计数效率，这一点在长寿命测量时尤为重要。
可调延时功能
TimeHarp 260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25ps(PICO版本)或250ps(NANO版本)。
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，TimeHarp 260可以与其他硬件同步，例如用于和成像的扫描台同步，进行FLIM测量。
可编程触发输出
TimeHarp 260配备有触发信号输出，脉冲周期可在0.1µs到1.678s之间调节，对应的重复频率为0.596Hz到10MHz。可被用于触发外部激光器。
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TimeHarp 260 PICO |
TimeHarp 260 NANO |
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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 |
所有通道恒定型阈值, 可用软件调节具体数值 |
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探测通道数量 |
1 (SINGLE) 或 2 (DUAL) |
1 (SINGLE) 或 2 (DUAL) |
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输入信号电压范围(50Ohms) |
0 到 -1200 mV, 最佳: -100 mV 到 -200 mV |
-1200 mV 到 +1200 mV |
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输入信号最大电压范围 (损伤阈值) |
±1500 mV |
±2500 mV |
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触发位置 |
下降沿 |
上升或下降，软件可调 |
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触发脉冲宽度范围 |
0.5 到 30 ns |
> 0.5 ns |
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触发脉冲上升/下降沿宽度 |
最大2 ns |
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时间 - 数字转换器 |
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计时精度 |
25 ps |
250 ps* |
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计时精度 |
< 20 ps rms |
< 250 ps rms* |
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计时精度 / √2* |
< 14 ps rms |
< 180 ps rms* |
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死时间 |
< 25 ns |
< 2 ns |
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单通道最大计数率 |
40 × 106 counts/sec |
1000 × 106 counts/sec最多持续记录96 events |
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单通道可持续最高数据通量 |
40 × 106 counts/sec |
40 × 106 counts/sec |
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同步通道最大计数率 |
100 MHz |
100 MHz |
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单个通道延时调节范围 |
±100 ns, 精度25 ps |
±100 ns, 精度 250 ps* |
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微分非线性误差 |
< 2% peak, <0.2% rms (全量程范围) |
< 2% peak, <0.2% rms (全量程范围) |
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柱状图模式 |
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计数深度 |
32 bit (4.294.967.296) |
32 bit (4.294.967.296) |
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最大时间通道数 |
32768 |
32768 |
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采集时间范围 |
819 ns 到 1.71 s (根据所选时间通道宽度: 25 ps, 50 ps, 100 ps,
..., 52.42 µs) |
8.19 µs 到 17.1 s (根据所选时间通道宽度: 250 ps, 500 ps,..., 524.2 µs)** |
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采集时间范围 |
1 ms 到100 hours |
1 ms 到 100 hours |
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可持续最高数据通量 |
典型值30×106 events/sec (根据电脑配置和性能) |
典型值30×106 events/sec (根据电脑配置和性能) |
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TTTR模式 |
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T2 模式时间分辨率 |
25 ps |
250 ps* |
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T3 模式时间分辨率 |
25 ps, 50 ps, 100 ps,...,
52.42 µs |
250 ps, 500 ps, 1 ns, ..., 524.2 µs* |
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采集时间范围 |
8.388.608 |
8.388.608 |
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采集时间范围 |
1 ms 到 100 hours |
1 ms 到 100 hours |
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可持续最高数据通量 |
典型值 40×106 events/sec |
典型值 40×106 events/sec |
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触发输出 |
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仅限"long range"模式 |
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周期 |
0.1 µs 到 1.678 s (0.596 Hz 到 10 MHz)可编程 |
0.1 µs 到 1.678 s (0.596 Hz 到 10 MHz)可编程 |
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脉冲宽度(典型值) |
10 ns |
10 ns |
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基线电平幅值(典型值) |
0 V |
0 V |
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触发电平幅值 (脉冲峰值) |
-0.7 V |
-0.7 V |
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外部标记信号输入 |
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数量 |
4 (仅限dual探测通道版本) |
4 (仅限dual探测通道版本) |
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输入规格 |
TTL, < 10 ns 上升/下降时间, > 50 ns 脉冲宽度 |
TTL, < 10 ns 上升/下降时间, > 50 ns 脉冲宽度 |
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操作参数 |
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电脑接口类型 |
PCIe 2.0 x1 |
PCIe 2.0 x1 |
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电脑配置要求 |
双核CPU (x86 芯片组), 最小 1.5 GHz CPU clock, 最小 1 GB内存容量 |
双核CPU (x86 芯片组), 最小 1.5 GHz CPU clock, 最小 1 GB内存容量 |
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操作系统 |
Windows 7 / 8 或 10 |
Windows 7 / 8 或 10 |
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能耗 |
≤ 15 W (电脑内部供电) |
≤ 15 W (电脑内部供电) |
TimeHarp 260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
- Thomas-Bollinger单光子法
- 介子寿命测量
TimeHarp 260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。
TimeHarp 260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。
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(仅在DUAL版本下支持)。
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。TimeHarp 260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，TimeHarp 260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100MHz频率。激光器输出的同步信号被连接到TimeHarp260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。
外部标记信号
两种TTTR模式都支持记录不同的4种外部标记信号，外部标记信号要求为TTL电信号，它们通过SubD接口传输到TimeHarp 260，然后被记录在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。