关于EMCCD文章翻译

EMCCDsforspectroscopy

光谱应用中的EMCCD

在关于光探测的过去十年,电子倍增(EM)技术一直是最重要的发展之一。它彻底改变了整个弱光光谱和成像,使迄今为止几乎是不可能的研究成为可能。EMCCD芯片允许在读出前放大信号,使有效读出效噪声降低。

传感器电子倍增可超灵敏探测到单光子计数。在2005年,安道尔推出了第一台最强大的EMCCD光谱相机。

采用了EM技术的相机如iXon3和LucaEM系列首先被应用于成像,其次还被用于有高速要求的光谱应用。NewtonEMCCD具有常规CCD和EMCCD的多功能性和灵活性;在软件上简单地点击就可实现两者的转换。

EM技术在极弱光(每个像素小于100个光子)下使用时,它的倍增敏感性能发挥明显的优势。当处理一个本来就微弱的信号,或当需要在最小的曝光时间内得到快速光谱率,或为了避免损坏样品需保持较低激发能量时,都会需要用EMCCD。图1做了常规CCD和EMCCD的比较,这是在使用了中密度滤光片的弱光时的比较,除了增益的应用外实验条件完全相同。增加增益能把光谱特性从噪声清晰呈现出来(下图,底),否则特征信号会被埋在传统系统的噪声里(下图,上)。

EMCCD技术是一种基于特殊的读出寄存器的CCD芯片,从传感器有效面积读一串信号,将它们传送到读出节点电子器件,同时在这个传输过程中将信号放大,即信号的电子数量成倍增加。读出节点由前置放大器(前置)和将模拟信号转换为数字来“计数”的模数转换器组成,读出后这些数字信号被送到电脑进行分

析。正是这种读出节点产生一个在系统最重要的噪声–读出噪声(NRN)决定了相机的探测极限和灵敏度。为有效的克

服这读出噪声,EM具有优势。

在读出节点前倍增的关键优点是

确保信号不被读出噪声限制。增益引起

的信号远高于噪声,而这噪声主要是取

决于系统的读出噪声,也可以认为这是

有效的读出噪声,随着增益的增加,有

效的读出噪声可以降低到亚电子水平。

整体降噪是为了提高信噪比(SNR)和

增强灵敏性。值得注意的是,在有效读

出噪声最低水平(<1e-)时,增益进

一步增加不会提高灵敏度。事实上,具有非常高的曾益,它可能会降低系统的动态范围。不同增益的应用是通过软件实现的,在读出寄存器细微调整

时钟电压,通过调高时钟电压来获得较高的增益。

EM增益相比传统的CCD发挥其优势时,信噪比是关键参数。在考虑任何相机的最佳信噪比性能时有四种类型,与暗电流相关的(NDN),假噪声或CIC(NCIC)和读出噪声(NRN),与信号本身相关的信号噪声(NSN)。在处理任何乘法或增益系统时,如EMCCD,额外的噪声必须考虑在内。F是封装在里面的被称作为噪声因子,EMCCD的F值是1.4,这个值在理论上和实际测量上是一致的。用G表示EM增益,用QE通过传感器的量子效率,用P表示每像素的光子通量,并考虑噪声因子F,EMCCD的信噪比可表示为:

当增益G=1和噪声系数F=1时,这是基本的信噪比。有图显示了低光子信号时newtonem的SNR曲线。理想曲线与散粒噪声限值一一对应。几条不同增益

曲线表明增加增益对低光子信号有益。当在大于53光子每像素信号时,普通CCD比100倍增益的CCD信噪比

高。这意味着,在低于这个

转折点的较弱信号时,

EMCCD更有优势,而对于高

于这个点的强信号,普通CCD

具有更好的信噪比。在低于

100光子/像素时,当系统在

以以3MHz的最快读出速度

读出时,读出噪声越大,EM

带来的好处将得到更强大的光子信号。值得注意的是,随着光信号的增强,普通CCD的信噪比曲线更理想,即噪声被信号的固有散粒噪声限制。然而,在EMCCD信噪比接近理想的情况下却会一直向低信噪比偏移。此偏移量与增益寄存器的噪声系数(F)相关联。由于具有很高的增益能探测超低水平的信号,EMCCD可以用于光子计数模式。

这是一种特殊的检测模式,相机可以计算单光子数,同时随时间建立一个基于离散光子计数的图片。正是这种超高灵敏度和极快速光谱的读出速率,以及一个全功能的,多功能和易于使用的配置平台,使newtonem为最具挑战性的光谱应用的理想选择。


相关文章

  • 目的论研究在中国
  • 第26卷 第3期 2005年3月 哈尔滨学院学报 JOURNALOFHARBINUNIVERSITY Vol.26 No.3Mar.2005 [文章编号]1004)5856(2005)03)0129)04 目的论研究在中国 潘艳红 (广西师 ...

  • 王隆文:学术论文如何选题
  • 关注"壹学者"公众号,获取以下全部内容 千部图书 | 百万论文 | 前沿资讯 | 科研工具 学术会议 | 实名社交 | 极速出版 | 学术活动 王隆文:学术论文如何选题 投稿邮箱:[email protected] 对广 ...

  • 关于文化的翻译问题
  • 如何处理关于文化的翻译问题 郭建中教授说"最近二十多年来, 翻译研究中出现了两个明显的趋势:一是翻译理论深深地打上了交际理论的烙印; 二是从重视语言的转换转向更重视文化的转换.这两种倾向的结合, 就把翻译看作是一种跨文化交际的行为 ...

  • 干将莫邪教学反思
  • 反思一:干将莫邪教学反思 在公开课上,我把原来预定的目标完成了.好的就不再多说,重点谈谈在课堂上的不足,望能鞭策我在今后的教学当中更上一层楼.为此,我自己总结了以下几点: 首先,在故事的复述当中,我要求学生言简意赅的复述,评课时有老师就指出 ...

  • 名师采访之谢天振老师访谈记录
  • 名师采访之谢天振老师访谈记录 访问者:15号高菲 兰州大学 14号李振娟 河南师范大学 38号金荔 浙江大学 高菲:您在一篇论文中曾建议学者应该有一个清晰的学术面貌,最好一直研究一个问题.但对于许多研究生甚至学者,找到正确的研究方向是非常困 ...

  • 最有效的语文学习方法
  • 初中语文学习方法指导 语文能力最重要.重要到你无时无刻不能离开,你无时无刻不能不用.语文是关于语言理解和运用的课.听.说.读.写的语文能力,生活离得开吗?各科的学习离得开吗?语文是基础课中的基础.学好语文,是每个学生最优先考虑的问题,是各科 ...

  • 基于语料库的翻译研究
  • 第25卷第2期 Vol_25 钦州学院学报 JOURNALOFQINZHOUUNIVERSITY 2010年4月 Apr.,2010 No.2 基于语料库的翻译研究 韩凌,任培红 (河南科技大学外国语学院,河南洛阳471003) [摘要]基 ...

  • 止庵:周作人从不认为自己是汉奸
  • 2012年03月09日 10:52 来源:凤凰卫视 作者:锵锵三人行 字号:T|T 31人参与 2条评论 打印 转发 正在看第2段 共3段 止庵:周作人从不承认自己是汉奸 建国后文人遭殃 周作人却迎来创作高峰 止庵:鲁迅兄弟失和的原因不能言 ...

  • 英语1和英语2的区别
  • 二.英语二与英语一的区别 (1)语法 我们英语二规定了总共有八个语法点,具体的语法点是要考的.只要把这八点做到了,基本上就没问题了.首先第一个就是名词.代词它的用法,数和格,就是可数不可数,这种会考.第二个是形容词.第三个是动词,动词包括时 ...

© 2024 范文参考网 | 联系我们 webmaster# 12000.net.cn