tdc及(ji)tcspc的(de)技(ji)術原(yuan)理(li)-TCSPC高精度時(shi)間相(xiang)關單光子計數模塊

TDC技(ji)(ji)(ji)術和TCSPC技(ji)(ji)(ji)術都是用來(lai)進(jin)行(xing)時間測量(liang)的技(ji)(ji)(ji)術手段，雖然應用范圍(wei)大致相同，但是原理卻(que)不同。

TDC原(yuan)理如右圖(tu)所(suo)示(shi)。來(lai)自(zi)單光(guang)(guang)子(zi)(zi)(zi)探測(ce)器的光(guang)(guang)電子(zi)(zi)(zi)信號脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)(chong)和來(lai)自(zi)激光(guang)(guang)器的參考脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)(chong)輸入(ru)到(dao)延(yan)遲(chi)鏈(lian)中(zhong)(zhong)。時序邏輯查看延(yan)遲(chi)鏈(lian)中(zhong)(zhong)的數據，識別單光(guang)(guang)子(zi)(zi)(zi)和及(ji)激光(guang)(guang)脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)(chong)的開始-停止對，并以(yi)此(ci)方(fang)式確(que)定單光(guang)(guang)子(zi)(zi)(zi)在激光(guang)(guang)脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)(chong)序列中(zhong)(zhong)的時間位(wei)置(zhi)。然(ran)后(hou)，可以(yi)根據這(zhe)些數據，建立通常(chang)的TCSPC/FLIM光(guang)(guang)子(zi)(zi)(zi)分布。

TCSPC技(ji)術所基(ji)于(yu)的(de)(de)(de)原理是(shi)：在記錄低(di)強(qiang)度、高(gao)重復頻率的(de)(de)(de)脈沖(chong)信(xin)號(hao)(hao)時(shi)，由于(yu)光強(qiang)很低(di)，以至于(yu)在一個信(xin)號(hao)(hao)周(zhou)(zhou)(zhou)期(qi)內(nei)探測到一個光子的(de)(de)(de)概率遠遠小(xiao)于(yu)1。因此，沒有必(bi)要考(kao)慮在一個信(xin)號(hao)(hao)周(zhou)(zhou)(zhou)期(qi)內(nei)探測到幾個光子的(de)(de)(de)情(qing)形。只(zhi)要記錄這些光子，測量它們(men)在信(xin)號(hao)(hao)周(zhou)(zhou)(zhou)期(qi)內(nei)的(de)(de)(de)時(shi)間(jian)(jian)，并建立光子時(shi)間(jian)(jian)分(fen)布的(de)(de)(de)直方圖(tu)就足夠了。TCSPC技(ji)術的(de)(de)(de)基(ji)本(ben)原理如圖(tu)所示。

探(tan)測(ce)器的(de)(de)輸(shu)出信(xin)(xin)號是對(dui)(dui)應于探(tan)測(ce)到(dao)單(dan)個(ge)光(guang)(guang)(guang)子的(de)(de)隨機分布的(de)(de)脈(mo)(mo)沖序列。一(yi)般情況下，一(yi)個(ge)信(xin)(xin)號周期內(nei)探(tan)測(ce)到(dao)多于一(yi)個(ge)光(guang)(guang)(guang)子的(de)(de)幾率(lv)是很小的(de)(de)，有(you)些信(xin)(xin)號周期會探(tan)測(ce)到(dao)一(yi)個(ge)光(guang)(guang)(guang)子，也有(you)許(xu)(xu)多信(xin)(xin)號周期沒有(you)檢測(ce)到(dao)光(guang)(guang)(guang)子。當探(tan)測(ce)到(dao)一(yi)個(ge)光(guang)(guang)(guang)子時，就(jiu)可以在信(xin)(xin)號周期內(nei)測(ce)得與探(tan)測(ce)器脈(mo)(mo)沖對(dui)(dui)應的(de)(de)時間(jian)。每記(ji)錄(lu)一(yi)次這(zhe)樣(yang)的(de)(de)事件（光(guang)(guang)(guang)子），就(jiu)在對(dui)(dui)應的(de)(de)存(cun)儲單(dan)元(yuan)中(zhong)加(jia)“1"，該存(cun)儲單(dan)元(yuan)的(de)(de)地址與探(tan)測(ce)時間(jian)對(dui)(dui)應。在記(ji)錄(lu)了(le)許(xu)(xu)多光(guang)(guang)(guang)子之后(hou)，就(jiu)可以根據存(cun)儲器中(zhong)各個(ge)單(dan)元(yuan)的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)子數，得到(dao)探(tan)測(ce)時間(jian)的(de)(de)分布，即(ji)光(guang)(guang)(guang)脈(mo)(mo)沖的(de)(de)波(bo)形。乍看起來其(qi)原(yuan)理雖然有(you)點復雜，但TCSPC在記(ji)錄(lu)光(guang)(guang)(guang)子信(xin)(xin)號時，其(qi)時間(jian)分辨(bian)率(lv)非常高，探(tan)測(ce)效率(lv)接(jie)近于理想。

TCSPC可以(yi)高精(jing)度(du)地(di)測量(liang)出單(dan)個(ge)光子(zi)脈(mo)沖(chong)的(de)時間，因此，光子(zi)計(ji)數(shu)實驗中的(de)帶寬(kuan)僅(jin)(jin)僅(jin)(jin)受到探測器(qi)輸出脈(mo)沖(chong)的(de)渡越時間漲落（transit time spread，TTS）的(de)限制，而不受單(dan)電子(zi)脈(mo)沖(chong)（single electron response，SER）寬(kuan)度(du)的(de)限制。由于探測器(qi)單(dan)光子(zi)脈(mo)沖(chong)的(de)TTS通常比其SER要窄(zhai)一(yi)個(ge)數(shu)量(liang)級，因此對(dui)特定(ding)的(de)探測器(qi)，TCSPC技(ji)術(shu)(shu)可以(yi)獲(huo)得比任何一(yi)種(zhong)模擬(ni)記錄技(ji)術(shu)(shu)更高的(de)時間分辨率。

所以對于(yu)時(shi)間分辨(bian)率(lv)（時(shi)間精度）這個重要參數，TCSPC比(bi)TDC更容易實現高(gao)分辨(bian)率(lv)技術。

上海昊量光電推出的高分辨率多通道的時間(jian)相關單光子計數TCSPC模塊(kuai)——quTAG。quTAG是一款易于使用的時間數字轉換器和時間標記器件，專為時間相關單光子計數（TCSPC）而設計。與其他同類產品相比，在相同的時間精度下，quTAG擁有更多的stop通道(dao)數；在相同的時間(jian)精度(du)和(he)通道數下，quTAG能實現更(geng)低的抖動(dong)。其性(xing)價比(bi)高(gao)，應用領(ling)域廣泛，是時(shi)間(jian)相關單(dan)光子(zi)計(ji)數器中的明星產品。

這款時間相關單光子計數器，時(shi)間精度為1ps，時(shi)間抖動低<2.3 ps，最(zui)高可達(da)32個stop通道(dao)，每通道最(zui)高計數率可(ke)達100MHz，并可(ke)同步10臺設(she)備。更是有(you)不同(tong)的型號供挑選，來滿(man)足不同(tong)的應(ying)用需求(qiu)。

時間相關單光子計數器quTAG的應用軟件功能模塊不僅有計數(shu)，時間符合窗口，直方(fang)圖模塊；還有Detecter Parameters模塊可對每個通道進(jin)行調節(jie)；更有二階相(xiang)干(gan)性模塊(kuai)以及Life time模塊(kuai)來進行相關研究的數(shu)據處理及呈現，如下圖：

并且所有 quTAG都含有軟件包，該軟件包具有易于使用的 GUI 和強大的 API，可以通過外部軟件例程(如 C、Python、LabView 和 Matlab)控制所有功能，支持二次軟件開(kai)發。所有的功能都包含在軟件包中，你可以直接獲得時間戳或者以簡單的文件格式保存到你的硬盤，供您自己的分析軟件進行后續處理。該軟件適用于32 位和 64 位的 Windows 和 Linux。

基于硬(ying)件的(de)性能和軟件的(de)功(gong)能，quTAG的(de)在皮秒(miao)時間測量(liang)的(de)應用范(fan)圍非(fei)常廣泛(fan)，是粒子(zi)物理、生(sheng)物、量(liang)子(zi)光學(xue)、距(ju)離修正等領域的(de)不二(er)利(li)器！

我們(men)(men)喜歡(huan)挑戰！如果您需要quTAG高精度時間相(xiang)關單光子計數(shu)器的(de)(de)二(er)次程序開發，如互相(xiang)關算(suan)法等，我們(men)(men)可(ke)以為(wei)您提供支持，讓您的(de)(de)研究因quTAG事半功倍!

上海昊量光電作為德國quTools公司的獨jia代理，為您提供專業的選型以及技術服務。對于(yu)TDC及TCSPC的技術原理-TCSPC高精度(du)時間相關單光子計(ji)數(shu)模(mo)塊（分辨率很(hen)高(gao)的TCSPC----Time Jitter<2.3ps，Time Bin<1ps&nbsp;！）有興趣(qu)或者任何問題，都歡迎(ying)通(tong)過電話、電子郵(you)件或者微信與我們聯(lian)系。

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