BLAZE科學(xué)CCD在光譜應(yīng)用中的卓越表現(xiàn)（二）

本文中，為了證明BLAZE HR傳感器的性能，我們設(shè)計了三個實驗來測量與當(dāng)前最先進(jìn)的探測器相比。BLAZE?科學(xué)CCD

Teledyne Princeton Instruments BLAZE傳感器，可在CCD平臺上提供超高的近紅外量子效率、超快的光譜速率和極深的熱電冷卻。較低的暗噪聲，結(jié)合低讀出噪聲電子器件的使用，提高了信噪比，并進(jìn)一步提高了靈敏度。

BLAZE探測器的應(yīng)用包括納米技術(shù)、2D材料、碳材料、生物傳感和生命科學(xué)。這些新一代相機(jī)使用拉曼光譜、光致發(fā)光光譜、熒光光譜以及顯微光譜和泵浦探測光譜等測量技術(shù)，為科學(xué)家提供了極致的性能。

實驗

實驗一：

我們使用TEC制冷的BLAZE HR傳感器和液氮制冷的InGaAs陣列獲得了880 nm至1.0μm的原子燈發(fā)射，以進(jìn)行比較。圖1顯示了在相同條件下（即相同的光譜儀、光柵和光源）采集的光譜。使用BLAZE HR傳感器獲得的信噪比明顯更高。

圖1：使用Teledyne Princeton Instruments SpectraPro?HRS-300光譜儀和600 g/mm光柵，1000 nm閃耀，使用TEC制冷BLAZE HR傳感器（藍(lán)色）和液氮制冷InGaAs陣列（橙色）收集的原子發(fā)射燈光譜比較。

實驗二：

在第二個實驗中，我們測量了吲哚菁綠（IcG）*在與第一個實驗相同的波長范圍內(nèi)的光致發(fā)光。圖2顯示了第二個實驗中使用的設(shè)置。通過將激發(fā)光源通過透鏡聚焦到包含IcG樣品的比色皿上，收集光致發(fā)光（PL）發(fā)射，并使用與激發(fā)光束成90°的另一個透鏡進(jìn)行準(zhǔn)直。通過濾光片，準(zhǔn)直光束聚焦到配有一對探測器的光譜儀的入口狹縫上：出口（1）配備HR傳感器的TEC制冷BLAZE探測器和出口（2）液氮制冷的線性InGaAs陣列?？梢苿拥墓馐至髌麋R使分散的PL發(fā)射能夠定向到兩個探測器中的任何一個。

*吲哚菁綠（Indocyanine green）為診斷用藥。是用來檢查肝臟功能和肝有效血流量的染料藥。

靜脈注入體內(nèi)后，立刻和血漿蛋白結(jié)合，隨血循環(huán)迅速分布于全身血管內(nèi)，高效率、選擇地被肝細(xì)胞攝取，又從肝細(xì)胞以游離形式排泄到膽汁中，經(jīng)膽道入腸，隨糞便排出體外。外周靜脈注入吲哚菁綠后，動脈、靜脈將在 5-50 秒內(nèi)先后顯影，腎臟在 1 分鐘內(nèi)顯影，肝臟在 2 分鐘內(nèi)顯影。在特定的手術(shù)中，該技術(shù)對比術(shù)中冰凍活檢、術(shù)中影像學(xué)檢查等輔助技術(shù)，將節(jié)省大量手術(shù)時間。

圖2：“IcG光致發(fā)光”實驗裝置，用于比較用TEC制冷BLAZE HR傳感器和液氮制冷線性InGaAs陣列獲得的原子發(fā)射燈光譜。

Teledyne Princeton Instruments LightField?軟件用于控制系統(tǒng)操作和數(shù)據(jù)采集。使用兩臺相機(jī)獲取PL光譜，允許調(diào)整積分時間以產(chǎn)生相同的相對強(qiáng)度。HR傳感器的積分時間為15秒，InGaAs陣列的積分時間為100秒。為了消除儀器對光譜數(shù)據(jù)的不必要影響，使用Teledyne Princeton Instruments IntelliCal?校準(zhǔn)系統(tǒng)和NIST可溯源石英鹵鎢燈（QTH）進(jìn)行了強(qiáng)度校準(zhǔn)。

圖3顯示了兩個探測器產(chǎn)生的光譜之間的良好相關(guān)性。然而，HR傳感器能夠提供約6.6倍（積分時間100/15）的靈敏度，同時產(chǎn)生的光譜背景噪聲顯著降低。因此，新的BLAZE探測器將允許研究人員檢測超低濃度的IcG，并在組織內(nèi)進(jìn)行更復(fù)雜的功能光譜分析。

圖3：使用HRS光譜儀（配置有-75°C的HR傳感器和-100°C的LN冷卻線性InGaAs陣列）獲取IcG的歸一化PL光譜。HR傳感器和InGaAs陣列的積分時間分別為15秒和100秒。該實驗使用了Teledyne Princeton Instruments SpectraPro HRS-300光譜儀，使用在1000 nm閃耀的600 g/mm光柵。數(shù)據(jù)由美國麻省理工學(xué)院Bawendi Group提供。

實驗三：

圖4顯示了使用BLAZE HR傳感器獲得的環(huán)己烷拉曼光譜（約150至3000 cm-1）。使用500 mW、785 nm的激光在環(huán)己烷樣品中產(chǎn)生拉曼散射。透鏡收集并準(zhǔn)直拉曼散射光，然后通過瑞利濾波器抑制激光輻射。光譜儀將拉曼散射分光到HR傳感器上進(jìn)行檢測和分析。HR傳感器卓越的量子效率能夠快速檢測3000 cm-1（1026 nm）的拉曼信號。

圖4：使用785 nm激光激發(fā)獲得的環(huán)己烷拉曼光譜（150至3000 cm-1），配置有TEC制冷至-95°C的HR傳感器的BLAZE照相機(jī)，以及500 nm閃耀的300 g/mm光柵的SpectraPro HRS-300光譜儀。

審核編輯黃宇