PicoQuant - It's about time.

时间相关单光子计数及时间标记相关产品

PicoHarp 300

独立型USB接口TCSPC模块

  • 两个独立通道
  • 65536个柱状图时间通道个数,最小通道宽度为4ps
  • 可选时间标记模式,最高可持续计数率5Mcps
  • 柱状图模式测量范围为260ns33µs

PicoHarp 300是一款即插即用型时间相关单光子计数(TCSPC)系统,它通过USB 2.0高速接口与电脑连接。

相互独立的通道设计, 4ps分辨率

PicoHarp 300拥有1个同步通道和1个探测通道,它们相互独立,同步通道最大计数率为84MHz,探测通道最大计数率为10Mcps,同时拥有高稳定性,高校准度的4ps最小时间通道宽度(时间分辨率),PicoHarp 300的计时精度可以完美与主流单光子探测器匹配使用,例如单光子雪崩二极管(SPAD),微通道光电倍增管(MCP)等,两个输入通道都具有定比鉴别器(CFD),可对信号进行有效鉴别。

可调延时功能

PicoHarp 300的同步通道设置有延时功能,调节范围±100 ns,调节精度为4ps。

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0.5Mcps计数率。同时,在该模式下,PicoHarp 300可以与其他硬件同步,例如用于成像扫描台的同步,同时,该设备还可以作为事件计时器,用于卫星激光测距(SLR)。

PicoHarp 300 - Screenshot of the online correlator

多通道路由功能

PicoHarp 300与多通道路由器PHR 800相连接时,最多可支持4探测通道同时进行数据采集。每个路由通道有±8 ns的延时调节范围,调节精度4ps。还可以通过CAN总线和串行总线控制Sciencetech 9030, Sciencetech 9055, Acton Research SP-2155 及 Acton Research SP-275这几款单色仪

探测通道

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

输入信号电压范围

0 -800 mV, 最佳: -200 mV -400 mV

触发位置

下降沿

触发脉冲宽度范围

0.5 ns 30 ns

触发脉冲上升/下降沿宽度

最大2 ns

时间 - 数字转换器

最小时间通道宽度

4 ps

计时精度

< 12 ps rms

计时精度 / √2*

< 8.5 ps rms

同步通道延时调节范围

± 100 ns, 精度 4 ps

最大时间范围 - 柱状图模式

260 ns 33 μs (根据所选时间通道宽度: 4, 8, 16, ..., 512 ps)

最大时间范围 - 时间标记模式

无限

最大计数率

10×106 counts/sec

同步通道最大计数率

84 MHz

死时间

< 95 ns

微分非线性误差

< 5 % 峰值, < 1 % rms

柱状图模式

计数深度

16 bit

最大时间通道数

65536

采集时间范围

1 ms 100 hours

TTTR模式

T2 模式时间分辨率

4 ps

T3 模式时间分辨率

4, 8, 16, ..., 512 ps

FiFo 缓冲深度

262144

可持续最高数据通量

5×106 events/sec典型值

操作参数

电脑接口类型

高速USB 2.0

电脑配置要求

最小 1 GHz CPU clock, 512 MB 内存容量

操作系统

WindowsTM 7 / 8  (8.1) / 10

能耗

25 W, 100 240 VAC工作环境

PicoHarp 300可广泛应用于利用TCSPC/或具有独立通道的时间标记系统的各种应用中,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

PicoHarp 300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。

PicoHarp 300所保存的数据可以用不同的软件进行分析,例如EasyTau 2SymPhoTime 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。

PicoHarp 300 - Screenshot of the operation software

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,从而达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

PicoHarp 300 - Screenshot of the online correlator


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。 PicoHarp 300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。每个通道约有90ns的死时间,但是不同通道间的死时间不会相互影响。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 of the PicoHarp 300

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84MHz频率。激光器输出的同步信号被连接到PicoHarp 300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。除了常规的开始-停止时间差值的记录,还有通道编号,每个事件的绝对探测时间。该模式下的绝对探测时间的记录是通过辨别当前的激光脉序列数。T3模式下,如果接入了PHR800等路由设备,那么数据中总是会含有路由信息。同T2模式一样,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。由于只有1个探测通道,在没有路由支持下,只能进行自相关方面的分析。

scheme: T3 mode of the PicoHarp 300

外部标记信号

两种TTTR模式都支持记录外部标记信号,外部标记信号要求为TTL电信号,它们可以通过PHR 800接入,也可以通过PicoHarp 300的前面板的多针脚接口的特定针脚接入。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。