陳根:利用“時間透鏡”,提高TCSPC精確度_風聞
陈根-知名科技作家为你解读科技与生活的方方面面。2021-08-30 10:03
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。
