陳根：利用“時間透鏡”，提高TCSPC精確度_風聞

文|陳根

時間相關單光子計數（TCSPC） 是為檢測被射線激發的閃爍體發光而建立的技術，後來被應用到熒光壽命的測量，具有時間分辨率高、靈敏度高、測量精度高、動態範圍大、便於計算機存貯和處理等優點。其在近代物理、化學、生物等領域中獲得了廣泛應用，特別在研究發光動力學方面更有它的特殊用途。

在傳統的TCSPC工具中，該技術只能測量到一定精度的時間。如果兩個光子到達設備時距離太近，例如相隔100萬億分之一秒或更短，探測器就會將它們記錄為一個光子，從而會影響最終結果的準確性。

近日，科羅拉多大學博爾德分校的研究人員嘗試使用一種被稱為“時間透鏡”的超快光學工具來解決這一問題。研究人員表明，在幾乎所有的TCSPC系統中**，都可以加入時間透鏡的修改****。利用該方法測量光子的到達，單光子計時分辨率大大提高，比現有工具好約100多倍。**

通常情況下，TCSPC使用一個同步信號源驅動激光器，出射光脈衝照射樣品池，再利用光子探測裝置（多為PMT）對熒光信號進行探測，每一個光子計數信號都會落入一個對應的時間窗口。

在多通道分析器中，這些輸出脈衝均依次送人各通道中累加貯存，就獲得了與原始波形一致的直方圖。在某一時間間隔內檢測到光子的幾率與熒光發射強度成正比例，重複多次測量得到熒光強度衰變規律，以此得到對事物的瞭解。

現在，研究人員使這兩個光子經過時間透鏡，在這個過程中，其中一個光子變慢了，而另一個光子變快了**，兩個光子之間的分離將被放大，可以使用一個探測儀測量**。此外，內置時間透鏡的TCSPC設備可以區分到達檢測器的光子，這些光子的間隙為幾十萬億分之一秒，比普通設備所能達到的效果優秀幾個數量級。

未來，該發明可能會帶來一系列成像技術的重大改進，比如繪製森林和山脈傳感器，或者診斷像阿爾茨海默氏症和癌症這樣的疾病。