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单光子探测器在荧光寿命测量方向的应用

        基于近场或共聚焦显微镜的荧光寿命测量在生物化学和分析化学、医学、药理学、光物理和光化学以及环境研究等各个领域都有应用。在过去的几年里，我们见证了用时间相关单光子计数技术(TCSPC)对单分子荧光检测(SMD)的巨大前景。在单分子荧光检测应用中，被检测的分子被荧光标记，通过重复的激光激发，荧光分子在基态和激发态之间循环。激发态存在的时间是有限的，即荧光寿命，在此期间能量部分耗散，直到达到弛豫（产生荧光）的单线激发态。然后，荧光团通过发射波长为荧光的光子返回基态。经过多次激发脉冲后，得到荧光寿命，即荧光团处于激发态的平均时间，从而可以对分子进行识别。下面我们介绍下ID Quantique公司的ID100-20（见图1）在荧光寿命测量中的应用及特点。

 图1 ID100-20

        一个典型的荧光衰减时间测量方案(见图2)，包括脉冲激光二极管,与之匹配的的扩束透镜，显微镜物镜聚焦激发光束和收集发射的荧光光子,一组合适的镜头观测ID100-20感光区域和一个以λfluo为中心带通滤波器。时间—数字转换器(TDC)或时间—振幅转换器结合多通道分析仪，测量激光激发和荧光光子发射之间的时间。逐步建立直方图，获得荧光衰减时间。

图2 荧光寿命测量的典型方案

ID100-20的优点：

1.出色的同步分辨率为40ps半高宽（见图3）

     与光电倍增管和其他商用光子计数模块相比，这是一个显著的改进。这种出色的特性允许测量几十皮秒的极短荧光寿命。此外，这一优点使得高分辨率的多组分荧光衰减时间实验成为可能。

图3 ID100-20时间分辨率

2.大范围的探测效率

       ID Quantique的ID100-20具有覆盖整个可见光范围（400到750nm）的单光子灵敏度，其中对于绿色波段为峰值探测效率，适用于生命科学中使用的大多数荧光团，ID100-20光子探测效率比标准PMT更好。

 3. 70ns的死区时间
      大频率为14MHz。因此，可以在很短的时间内恢复直方图。

4.低暗计数

      包括通常会影响测量信噪比的后脉冲和暗计数。通过将有效区直径限制在20毫米，从而减小暗计数和后脉冲率。因此，需要仔细研究光学装置，以便将荧光聚焦到探测器的有效区域。ID Quantique建议使用可用的安装支架将ID100-20安装在3轴平移台上。因此，能够实现准确对准，并且只需要一次。ID Quantique还提供ID100-20的光纤耦合版本，带有50μm芯多模光纤。

 5.设计紧凑，可靠性高

     ID100-20不会被环境光损坏，并且由于不需要冷却，因此可以立即运行。

     ID Quantique (IDQ)公司位于瑞士，致力于量子传感和量子密码解决方案领域。西安立鼎光电是IDQ公司的中国区代理商，负责其单光子产品的市场推广及技术支持。