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像增强器在高速弱光成像中的应用

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在很多科学实验中,为了观测快速变化的过程往往需要高速相机成像。常见的高速成像设备有:

1.  sCMOS—帧频100帧至几千帧每秒

2.  内置高速存储的高速CCD相机—帧频千帧至几十万帧每秒。

由于高速成像相机为积分器件,采集到的信号与发光强度及积分时间成正比。但对于高速成像,高帧频导致了积分时间很短(积分时间<1/帧频)。部分实验可以通过照明光源补光来提升探测信号,如高速碰撞、物体高速运动等。但有很多实验无法进行补光,如生物荧光、等离子发光等。这个时候直接探测的信噪比往往会很差,甚至无法观测到被测信号。

像增强器是一种可以实现对光信号放大的成像器件。通过 光—电倍增—光的方式可以对原始光信号实现1000倍甚至一百万倍的放大。通过它可以解决高速成像信号微弱的问题。

EyeiTS是一款基于像增强器的像增强模块。此模块采用通用型设计,配有标准的镜头及相机接口(C或F接口),并配有高压电源及增益控制模块。用户可以将各种商业化的高速相机直接与EyeiTS连接即可大幅提升探测灵敏度获得弱发光的高信噪比高速成像。

EyeiTS像增强模块结构图:


(1)通用镜头接口 (2)像增强器 (3)1:1耦合中继镜头 (4)通用相机接口CF-Mount

EyeiTS像增强模块与高速相机联用示意图:


像增强器的工作原理简介:

像增强器主要由三个主要部分组成:光阴极、微通道板、荧光屏。

光阴极Photocathode



通过光电效应,将探测光子转换为光电子。其转换效率即量子效率曲线如图,不同的光阴极材料具有不同的波长响应曲线。

微通道板MCP

微通道板(Microchannel Plate,MCP)是一种面阵的高空间分辨的电子倍增器件。MCP由上百万个微米尺度的平行通道组成,光电子与微通道管壁碰撞生成二次电子实现高达1000倍的倍增。

荧光屏Phosphor

将增益电子转变为可见光。不同荧光屏的转化效率及衰减时间(余辉)不同。


类型

效率

衰减时间

P22

45ph/e-/kV

10ms

P43

20 ph/e-/kV

1ms

P24

8 ph/e-/kV

100us

P46

6 ph/e-/kV

1us

P47

4 ph/e-/kV

300ns





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