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时间相关单光子计数及时间标记相关产品

MultiHarp 150

高通量多通道事件计时器&TCSPC单元

  • 分别有4通道,8通道和16通道版本
  • 共用同步通道(最高支持1.2GHz计数率)
  • 极高的可持续数据通量(时间标记模式下80Mcps,柱状图模式下180Mcps)
  • 极短死时间(650ps)
  • 通道之间无死时间影响
  • 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
  • 新增:分辨率为10ps且时间抖动提升版本

MultiHarp 150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,拥有极快的信号处理速度。 它通过USB 3.0高速接口与电脑连接。

可选多个输入通道

MultiHarp 1504通道版本,8通道版本及16通道版本,各通道的时间分辨率为10ps(P)或80ps(N),通道之间相互独立,可被用于符合相关或者多路TCSPC的实验测量。另外,该产品有额外的共用同步接收端。Multiharp150是理想的符合相关或符合计数测量设备。同时也可被用于TCSPC数据采集。

极短死时间,高数据通量

Multiharp 150拥有650ps的死时间宽度,可以将最大计数率拓展到极致。单个脉冲循环中,该设备可以记录多个光子事件,极大的提高了计数效率。

可调延时功能

Multiharp 150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10ps(P)或80ps(N)

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,Multiharp 150可以与其他硬件同步,例如用于成的扫描台的同步。

White Rabbit界面功能

White Rabbit是一种高时间精度(亚纳秒级别)远距离同步计时网络,它基于以太网。而Multiharp150具备有该界面,使其可以连接到White Rabbit网络中。

White Rabbit logo

型号

MultiHarp 150 P

MultiHarp 150 N

输入及同步通道

每个通道都含有定比鉴别器(CFD),可用软件调节具体数值

每个通道都含有定比鉴别器(CFD),可用软件调节具体数值

探测通道数量

4 (MultiHarp 150 4P), 8 (MultiHarp 150 8P), 16 (MultiHarp 150 16P)

4 (MultiHarp 150 4N)8 (MultiHarp 150 8N)

输入信号电压范围

-1200 mV 1200 mV

-1200 mV 1200 mV

输入信号最大电压范围 (损伤阈值)

±2500 mV

±2500 mV

触发位置

上升或下降,软件可调

上升或下降,软件可调

触发脉冲宽度范围

> 0.4 ns

> 0.4 ns

触发脉冲上升/下降沿宽度

≤ 20 ns

≤ 20 ns

时间 - 数字转换器

最小时间通道宽度

10 ps

80 ps

计时精度

< 45 ps rms

< 85 ps rms

计时精度 / √2*

< 32 ps rms

< 60 ps rms

死时间

<650 ps(可通过软件以1 ns的步长增加至160 ns)

<650 ps(可通过软件以1 ns的步长增加至160 ns)

同步通道最大计数率

1.2 GHz

1.2 GHz

单个通道延时调节范围

±100 ns, 精度 10 ps

±100 ns, 精度 80 ps

微分非线性误差

< 10 % 峰值, < 1 % rms (全量程范围)

< 10 % 峰值, < 1 % rms (全量程范围)

柱状图模式

计数深度

32 bit (4,294,967,296)

32 bit (4,294,967,296)

最大时间通道数

65,536

65,536

测量时间范围

655 ns 2.74 s根据所选时间通道宽度:10, 20, 40, …, 41 943 040 ps

5.24 µs 21,99 s (根据所选时间通道宽度: 80, 160, 320, …, 335,544,320 ps)

采集时间范围

1 ms 100 hours

1 ms 100 hours

单通道最大计数率

1.5 × 109 counts/sec (最多持续130ns)

1.5 × 109 counts/sec (最多持续130ns)

可持续最高数据通量 (所有通道总和)**

166 × 106counts/sec (4P 8P)
332 × 106counts/sec (16P)

180 × 106 counts/sec

TTTR模式

T2 模式时间分辨率

10 ps

80 ps

T3 模式时间分辨率

10, 20, 40, …, 41 943 040 ps

80 ps, 160 ps, 320 ps, …, 335,544,320 ps

FiFo 缓冲深度

134 217 728 事件

134,217,728事件

采集时间范围

1 ms 100 hours

1 ms 100 hours

单通道最大计数率

1.5 × 109 counts/sec (最多持续130ns)

1.5 × 109 counts/sec (最多持续130ns)

单通道可持续最高数据通量

78 × 106 counts/sec

78 × 106 counts/sec

可持续最高数据通量 (所有通道总和)**

80 × 106 counts/sec

80 × 106 counts/sec

触发输出

周期

0.1 µs 1.678 s (0.596 Hz 10 MHz)可编程

0.1 µs 1.678 s (0.596 Hz 10 MHz)可编程

脉冲宽度

10 ns 典型值

10 ns 典型值

基线电平幅值

0 V 典型值

0 V 典型值

触发电平幅值 (脉冲峰值)

-0.7 V 典型值(50欧姆)

-0.7 V 典型值(50欧姆)

外部标记信号输入

数量

4

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)

LVTTL, < 50 ns 上升/下降时间, > 50 ns 到波峰或波谷 (最大 5V,1 µs)

操作参数

电脑接口类型

USB 3.0

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

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

操作系统

Windows 8/10

Windows 8/10

能耗

< 50 W

< 50 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 150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
  • 多色寿命成像
  • 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
  • Hong-Ou-Mandel 效应

Multiharp 150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。

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。

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 150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

T2模式下,没有所谓的同步信号输入,所有输入信号都被同等对待。一般情况下,各探测通道都会连接到单光子探测器,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。

Scheme t2 mode MultiHarp 150

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Multiharp150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。

Scheme t3 mode MultiHarp 150

外部标记信号

MultiHarp 150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。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。