單光子探測器在熒光壽命測量方向的應用

        基于近場或共聚焦顯微鏡的熒光壽命測量在生物化學和分析化學、醫學、藥理學、光物理和光化學以及環境研究等各個領域都有應用。在過去的幾年里，我們見證了用時間相關單光子計數技術(TCSPC)對單分子熒光檢測(SMD)的巨大前景。在單分子熒光檢測應用中，被檢測的分子被熒光標記，通過重復的激光激發，熒光分子在基態和激發態之間循環。激發態存在的時間是有限的，即熒光壽命，在此期間能量部分耗散，直到達到弛豫（產生熒光）的單線激發態。然后，熒光團通過發射波長為熒光的光子返回基態。經過多次激發脈沖后，得到熒光壽命，即熒光團處于激發態的平均時間，從而可以對分子進行識別。下面我們介紹下ID Quantique公司的ID100-20（見圖1）在熒光壽命測量中的應用及特點。

 圖1 ID100-20

        一個典型的熒光衰減時間測量方案(見圖2)，包括脈沖激光二極管,與之匹配的的擴束透鏡，顯微鏡物鏡聚焦激發光束和收集發射的熒光光子,一組合適的鏡頭觀測ID100-20感光區域和一個以λfluo為中心帶通濾波器。時間—數字轉換器(TDC)或時間—振幅轉換器結合多通道分析儀，測量激光激發和熒光光子發射之間的時間。逐步建立直方圖，獲得熒光衰減時間。

圖2 熒光壽命測量的典型方案

ID100-20的優點：

1.出色的同步分辨率為40ps半高寬（見圖3）

     與光電倍增管和其他商用光子計數模塊相比，這是一個顯著的改進。這種出色的特性允許測量幾十皮秒的極短熒光壽命。此外，這一優點使得高分辨率的多組分熒光衰減時間實驗成為可能。

圖3 ID100-20時間分辨率

2.大范圍的探測效率

       ID Quantique的ID100-20具有覆蓋整個可見光范圍（400到750nm）的單光子靈敏度，其中對于綠色波段為峰值探測效率，適用于生命科學中使用的大多數熒光團，ID100-20光子探測效率比標準PMT更好。

 3. 70ns的死區時間
      大頻率為14MHz。因此，可以在很短的時間內恢復直方圖。

4.低暗計數

      包括通常會影響測量信噪比的后脈沖和暗計數。通過將有效區直徑限制在20毫米，從而減小暗計數和后脈沖率。因此，需要仔細研究光學裝置，以便將熒光聚焦到探測器的有效區域。ID Quantique建議使用可用的安裝支架將ID100-20安裝在3軸平移臺上。因此，能夠實現準確對準，并且只需要一次。ID Quantique還提供ID100-20的光纖耦合版本，帶有50μm芯多模光纖。

 5.設計緊湊，可靠性高

     ID100-20不會被環境光損壞，并且由于不需要冷卻，因此可以立即運行。

     ID Quantique (IDQ)公司位于瑞士，致力于量子傳感和量子密碼解決方案領域。西安立鼎光電是IDQ公司的中國區代理商，負責其單光子產品的市場推廣及技術支持。