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像增强器在高速弱光成像中的应用


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。

像增强模块结构:

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:


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:

              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):

               是一种面阵的高空间分辨率的电子倍增期间。MCP由上百万个微米尺度的平行通道组成,光电子与微通道关闭碰撞生成二次电子

         实现高达1000倍的倍增。




                                           光阴极量子效率曲线                                                           微通道板(Microchannel Plate, MCP)


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。