重新定義單光子探測技術(shù)：基于真空管的探測器解決方案

Photonis 單光子探測解決方案基于真空管探測器技術(shù)。該技術(shù)結(jié)合了高檢測效率 (QE) 和極低的暗計數(shù)(暗噪聲)。發(fā)出脈沖后，檢測器在檢測到光子后生成脈沖的現(xiàn)象是最小的，并且停滯時間是非刺激性的。我們獲得專利的高端微通道板技術(shù)提供高動態(tài)范圍、無與倫比的收集效率 (CE) 和出色的時間特性。

真空管探測器工作原理

真空管光子探測器是一種利用真空管探測光子的探測器。它的工作原理是光電效應(yīng)，即當材料吸收電磁輻射(例如光)時會發(fā)射電子。

真空管光子探測器由真空管組成，真空管是一個包含真空的密封容器。真空內(nèi)部有一個陰極、一個 MCP 和一個陽極，中間有一個小間隙。陰極是一個金屬表面，當它被光子撞擊時會發(fā)射電子。MCP將產(chǎn)生的光電子倍增，陽極也是收集發(fā)射電子的金屬表面。

當光子撞擊光電陰極時，它們被金屬表面吸收，導致電子發(fā)射。然后，這些發(fā)射的光電子通過施加的電壓加速流向 MCP，從而產(chǎn)生與檢測到的光子數(shù)量成正比的電流。管內(nèi)的真空確保電子不會與任何氣體分子碰撞，否則可能會干擾檢測過程。

使用 MCP-PMT 進行單光子計數(shù)

MCP-PMT 常用于高端激光雷達應(yīng)用以及醫(yī)學成像、核物理和天文學等各個領(lǐng)域。在這些研究領(lǐng)域，計算單光子對于精確檢測和測量至關(guān)重要?？焖?MCP-PMT 可以檢測非常低的光強度并產(chǎn)生高增益輸出信號，使其成為檢測單個光子的理想選擇。

MCP-PMT 由窗口 + 光電陰極、一堆微通道板 (MCP) 和陽極組成。

在單光子計數(shù)應(yīng)用中，MCP-PMT按以下方式工作：

光子進入 MCP-PMT 并與光電陰極相互作用，導致電子發(fā)射。

發(fā)射的電子在穿過微通道板 (MCP) 堆棧時會加速并倍增，這些微通道板本質(zhì)上是具有許多微觀通道的薄板。

然后，倍增的電子被陽極收集，產(chǎn)生可檢測和分析的輸出信號。

MCP-PMT 特別適合單光子計數(shù)應(yīng)用，因為它們具有非常高的量子效率，這意味著它們可以將高比例的入射光子轉(zhuǎn)換為電子信號。它們還具有快速響應(yīng)時間，可以檢測非常低的光強度并產(chǎn)生極低的暗計數(shù)。

使用圖像增強管 (IIT) 進行單光子成像

在單光子成像應(yīng)用中使用 IIT 可以極大地提高系統(tǒng)的靈敏度，從而實現(xiàn)單個光子的檢測和成像。除了在生物成像、量子成像和天文學中的應(yīng)用外，IIT 還用于各種其他應(yīng)用，包括夜視、軍事成像和工業(yè)檢查。

使用IIT的單光子成像的基本原理如下：

光子通過輸入窗口進入 IIT 并撞擊光電陰極，光電陰極通常由銫或鉀等材料制成。

光子使光電陰極發(fā)射電子，然后電子在電場的作用下加速流向微通道板 (MCP)。

穿過 MCP 的電子會引起二次電子級聯(lián)，從而導致電子信號顯著放大。

然后，放大的電子信號被加速流向熒光屏，當電子撞擊熒光屏時，熒光屏會發(fā)出可見光。

敏感相機(例如 EMCCD 或 sCMOS 相機)用于捕獲熒光屏發(fā)出的光并生成圖像。

Cricket ?2包含圖像增強管 (IIT)，通常用于單光子成像應(yīng)用，以放大單個光子的信號并產(chǎn)生可測量的輸出信號。在單光子成像中，目標是檢測和成像單光子，由于所涉及的光水平極低，這可能非常困難。IIT 可以通過提供光子信號的高增益放大來幫助克服這一挑戰(zhàn)，從而可以檢測和成像單光子。

使用 TPX3 芯片進行單光子成像和計數(shù)

Mantis 3將 TPX3CAM 與 Cricket?2 相結(jié)合，從而創(chuàng)建了單光子敏感、最先進的成像系統(tǒng)。Mantis 3專為高分辨率成像和光譜應(yīng)用以及各種量子成像應(yīng)用而開發(fā)，包括單光子探測、量子密鑰分配、量子糾纏和量子隱形傳態(tài)。

Mantis 3中使用的Timepix3芯片是一種混合像素探測器，包含256 x 256像素，具有小于1納秒的高時間分辨率和55微米的高空間分辨率，這使其非常適合量子成像應(yīng)用。Mantis 3還具有高速讀出功能，可以以高達每秒 1,000 幀的高幀速率運行。

Mantis 3的主要特點之一是它能夠同時執(zhí)行能量和時間分辨成像。這是通過使用閾值時間 (ToT) 技術(shù)來實現(xiàn)的，該技術(shù)允許相機測量每個檢測到的粒子或光子的能量及其到達時間。這使得 Mantis 3能夠生成各種樣品的高分辨率圖像和光譜，包括生物組織、材料和亞原子粒子。

Mantis 3還具有高度可配置性，這使其非常適合用于各種成像應(yīng)用。它可以配置為檢測不同能量范圍內(nèi)的粒子或光子，還可以對其進行編程以檢測與某些現(xiàn)象相關(guān)的粒子或光子的特定模式。

總體而言，TPX3CAM 是一款功能強大的成像系統(tǒng)，專為量子應(yīng)用而設(shè)計。其高時間和空間分辨率、高速讀出、實時數(shù)據(jù)分析功能和可配置性使其成為各種量子成像應(yīng)用的理想工具。

審核編輯 黃宇