tdc及tcspc的技術(shù)原理-TCSPC高精度時(shí)間相關(guān)單光子計數模塊

TDC技術(shù)和TCSPC技術(shù)都是用來(lái)進(jìn)行時(shí)間測量的技術(shù)手段，雖然應用范圍大致相同，但是原理卻不同。

TDC原理如右圖所示。來(lái)自單光子探測器的光電子信號脈沖和來(lái)自激光器的參考脈沖輸入到延遲鏈中。時(shí)序邏輯查看延遲鏈中的數據，識別單光子和及激光脈沖的開(kāi)始-停止對，并以此方式確定單光子在激光脈沖序列中的時(shí)間位置。然后，可以根據這些數據，建立通常的TCSPC/FLIM光子分布。

TCSPC技術(shù)所基于的原理是：在記錄低強度、高重復頻率的脈沖信號時(shí)，由于光強很低，以至于在一個(gè)信號周期內探測到一個(gè)光子的概率遠遠小于1。因此，沒(méi)有必要考慮在一個(gè)信號周期內探測到幾個(gè)光子的情形。只要記錄這些光子，測量它們在信號周期內的時(shí)間，并建立光子時(shí)間分布的直方圖就足夠了。TCSPC技術(shù)的基本原理如圖所示。

探測器的輸出信號是對應于探測到單個(gè)光子的隨機分布的脈沖序列。一般情況下，一個(gè)信號周期內探測到多于一個(gè)光子的幾率是很小的，有些信號周期會(huì )探測到一個(gè)光子，也有許多信號周期沒(méi)有檢測到光子。當探測到一個(gè)光子時(shí)，就可以在信號周期內測得與探測器脈沖對應的時(shí)間。每記錄一次這樣的事件（光子），就在對應的存儲單元中加“1"，該存儲單元的地址與探測時(shí)間對應。在記錄了許多光子之后，就可以根據存儲器中各個(gè)單元的光子數，得到探測時(shí)間的分布，即光脈沖的波形。乍看起來(lái)其原理雖然有點(diǎn)復雜，但TCSPC在記錄光子信號時(shí)，其時(shí)間分辨率非常高，探測效率接近于理想。

TCSPC可以高精度地測量出單個(gè)光子脈沖的時(shí)間，因此，光子計數實(shí)驗中的帶寬僅僅受到探測器輸出脈沖的渡越時(shí)間漲落（transit time spread，TTS）的限制，而不受單電子脈沖（single electron response，SER）寬度的限制。由于探測器單光子脈沖的TTS通常比其SER要窄一個(gè)數量級，因此對特定的探測器，TCSPC技術(shù)可以獲得比任何一種模擬記錄技術(shù)更高的時(shí)間分辨率。

所以對于時(shí)間分辨率（時(shí)間精度）這個(gè)重要參數，TCSPC比TDC更容易實(shí)現高分辨率技術(shù)。

上海昊量光電推出的高分辨率多通道的時(shí)間相關(guān)單光子計數TCSPC模塊——quTAG。quTAG是一款易于使用的時(shí)間數字轉換器和時(shí)間標記器件，專(zhuān)為時(shí)間相關(guān)單光子計數（TCSPC）而設計。與其他同類(lèi)產(chǎn)品相比，在相同的時(shí)間精度下，quTAG擁有更多的stop通道數；在相同的時(shí)間精度和通道數下，quTAG能實(shí)現更低的抖動(dòng)。其性?xún)r(jià)比高，應用領(lǐng)域廣泛，是時(shí)間相關(guān)單光子計數器中的明星產(chǎn)品。

這款時(shí)間相關(guān)單光子計數器，時(shí)間精度為1ps，時(shí)間抖動(dòng)低<2.3 ps，最高可達32個(gè)stop通道，每通道最高計數率可達100MHz，并可同步10臺設備。更是有不同的型號供挑選，來(lái)滿(mǎn)足不同的應用需求。

時(shí)間相關(guān)單光子計數器quTAG的應用軟件功能模塊不僅有計數，時(shí)間符合窗口，直方圖模塊；還有Detecter Parameters模塊可對每個(gè)通道進(jìn)行調節；更有二階相干性模塊以及Life time模塊來(lái)進(jìn)行相關(guān)研究的數據處理及呈現，如下圖：

并且所有 quTAG都含有軟件包，該軟件包具有易于使用的 GUI 和強大的 API，可以通過(guò)外部軟件例程(如 C、Python、LabView 和 Matlab)控制所有功能，支持二次軟件開(kāi)發(fā)。所有的功能都包含在軟件包中，你可以直接獲得時(shí)間戳或者以簡(jiǎn)單的文件格式保存到你的硬盤(pán)，供您自己的分析軟件進(jìn)行后續處理。該軟件適用于32 位和 64 位的 Windows 和 Linux。

基于硬件的性能和軟件的功能，quTAG的在皮秒時(shí)間測量的應用范圍非常廣泛，是粒子物理、生物、量子光學(xué)、距離修正等領(lǐng)域的不二利器！

我們喜歡挑戰！如果您需要quTAG高精度時(shí)間相關(guān)單光子計數器的二次程序開(kāi)發(fā)，如互相關(guān)算法等，我們可以為您提供支持，讓您的研究因quTAG事半功倍!

上海昊量光電作為德國quTools公司的獨jia代理，為您提供專(zhuān)業(yè)的選型以及技術(shù)服務(wù)。對于TDC及TCSPC的技術(shù)原理-TCSPC高精度時(shí)間相關(guān)單光子計數模塊（分辨率很高的TCSPC----Time Jitter<2.3ps，Time Bin<1ps ！）有興趣或者任何問(wèn)題，都歡迎通過(guò)電話(huà)、電子郵件或者微信與我們聯(lián)系。

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