BLAZE科學(xué)CCD在光譜應(yīng)用中的卓越表現(xiàn)（三）

BLAZE?科學(xué)CCD相機(jī)的突破性技術(shù)極大地提高了近紅外量子效率，實(shí)現(xiàn)了卓越的定量光譜測量。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。

BLAZE 特性

BLAZE的采集速度

新BLAZE平臺采用了CCD探測器中可用的最快ADC速度（見圖1）。LD型號可以使用雙10 MHz讀出端口運(yùn)行，而HR相機(jī)具有雙16 MHz讀出端口。這使得全垂直轉(zhuǎn)移時的光譜速率達(dá)到前所未有的1600 spectra/s，在動力學(xué)模式下運(yùn)行時達(dá)到215 kHz，這對于在相干反斯托克斯拉曼光譜（CARS）、尖端增強(qiáng)拉曼光譜（TERS）和生物活體拉曼光譜等時間分辨研究中與超快激光同步是至關(guān)重要的。

圖1：BLAZE HR和LD型號提供的速度是用于光譜學(xué)的其他CCD相機(jī)無法比擬的。

BLAZE傳感器的獨(dú)特設(shè)計還允許探測器利用Teledyne Princeton Instruments獨(dú)有的SeNsR功能：芯片雙向時鐘和信號積累。使用SeNsR，電荷（即信號）可以在CCD上移動，而無需讀取數(shù)據(jù)。這項創(chuàng)新讓BLAZE探測器在泵浦探測實(shí)驗(yàn)期間以半鎖定模式運(yùn)行，以提高信噪比并改善微光檢測。

深度TEC制冷

所有BLAZE攝像頭均采用Teledyne Princeton Instruments專有的ArcTecTM技術(shù)，深度TEC制冷，允許在室溫條件下制冷至-95°C（見圖2），無需冷卻器或液體輔助，以實(shí)現(xiàn)低暗電流性能。

圖2： BLAZE探測器使用ArcTec技術(shù)在室溫條件下實(shí)現(xiàn)-95°C冷卻，無需冷卻器或液體輔助。

ArcTec使用定制設(shè)計的珀耳帖器件、先進(jìn)的多級熱電冷卻和永久性全金屬超高真空密封，為光譜CCD實(shí)現(xiàn)前所未有的冷卻性能。系統(tǒng)可靠性以終身真空保證為后盾。借助ArcTec，BLAZE探測器甚至可以利用接近室溫（即+20°C）的液體輔助，提供無冷凝的真正100°C冷卻。

應(yīng)注意的是，通常當(dāng)制造商聲稱-100°C操作時，需要使用+10°C冷卻液，這極有可能在探測器內(nèi)部形成有害結(jié)霜，最終影響傳感器的制冷能力。

BLAZE探測器獲得的極低CCD溫度可降低暗電流，從而延長曝光時間，并具有優(yōu)異的微弱光檢測能力。

智能的光譜軟件

BLAZE與LightField軟件的無縫銜接（見圖3）集成了系統(tǒng)控制、數(shù)據(jù)采集和光譜數(shù)據(jù)處理等諸多功能。此功能強(qiáng)大的64位軟件包可在Microsoft?Windows?10上運(yùn)行，并提供LabVIEW?（National Instruments）和MATLAB?（MathWorks）支持。對于多用戶的使用情況，LightField可以記住每個用戶的實(shí)驗(yàn)配置。

圖3：LightField軟件可完全控制所有Teledyne Princeton Instruments相機(jī)和光譜儀。

LightField的主要功能包括通過自動保存到磁盤、時間戳和保留原始數(shù)據(jù)和更正數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)完整性；將SeNsR新技術(shù)集成到鎖定和泵探頭實(shí)驗(yàn)中；LightField Math，它允許將簡單和復(fù)雜的數(shù)學(xué)函數(shù)應(yīng)用于實(shí)時或存儲的數(shù)據(jù)，同時還提供了一個易于使用的編輯器來創(chuàng)建公式；易于導(dǎo)出為多種文件格式，包括TIFF、FITS、ASCII、AVI、IGOR和Origin；實(shí)時數(shù)據(jù)處理操作，對傳入數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時評估，以優(yōu)化實(shí)驗(yàn)參數(shù)。

BLAZE 應(yīng)用

BLAZE探測器非常適合各種光譜技術(shù)，包括拉曼光譜、光致發(fā)光、熒光、發(fā)射、吸收、顯微光譜（例如顯微拉曼和顯微光致發(fā)光）和高光譜成像。BLAZE的應(yīng)用包括納米顆粒、納米線、碳納米管、醫(yī)療/生物醫(yī)學(xué)樣品、半導(dǎo)體、藥物和許多其他材料。下面是基于BLAZE平臺令人印象深刻的三個實(shí)用示例

應(yīng)用案例#1 生命科學(xué)/相干反斯托克斯拉曼散射

利用相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）和飛秒激光脈沖進(jìn)行非線性光譜分析是化學(xué)分析和生物成像的有力工具。多元CARS是一項重要的技術(shù)，其超寬帶頻譜覆蓋范圍3000 cm?1、優(yōu)化激光源的峰值強(qiáng)度和重復(fù)頻率被認(rèn)為是多元CARS的關(guān)鍵因素。

最近，日本筑波大學(xué)的Hideaki Kano教授報告，在活HeLa細(xì)胞培養(yǎng)周期的不同階段都獲得了清晰的分子指紋（見圖4）。卡諾博士和他的同事利用BLAZE相機(jī)平臺與高通量Teledyne Princeton Instruments LS-785光譜儀相結(jié)合提高了靈敏度和光譜速率。他們能夠顯著提高光譜質(zhì)量，LightField以超高光譜速率可靠地存儲了一小時采集的所有原始數(shù)據(jù)。

圖4：（a）紅色X in（b）位置聚苯乙烯珠的原始強(qiáng)度未修正CARS光譜；有效曝光時間為0.8毫秒。數(shù)據(jù)由Hideaki Kano教授（日本筑波大學(xué)）提供。首次發(fā)表于APL Photonics 3，092408（2018）；https://doi.org/10.1063/1.5027006.

應(yīng)用案例#2 拉曼光譜

拉曼光譜是一種有用的非侵入性技術(shù)，用于癌癥檢測和其他臨床研究。BLAZE探測器卓越的近紅外量子效率和快速光譜速率允許更快的診斷和更低的檢測限（見圖5）。為了盡量減少自熒光的干擾和/或最大限度地提高對組織樣品的穿透深度，研究人員越來越關(guān)注近紅外光譜技術(shù)，因此迫切需要具有高近紅外量子效率的低噪聲探測器。

圖5：使用785 nm激發(fā)，當(dāng)前先進(jìn)的深度耗盡CCD（藍(lán)線）和BLAZE（橙線）從皮膚樣品獲得的拉曼光譜。測量結(jié)果表明，BLAZE相機(jī)在近紅外光譜區(qū)域的效率有所提高。數(shù)據(jù)由Anita Mahadevan Jansen教授（美國范德比爾特大學(xué)）提供。

應(yīng)用案例#3材料科學(xué)/納米技術(shù)/二維材料研究

石墨烯的發(fā)現(xiàn)開創(chuàng)了二維材料的研究領(lǐng)域，這種材料的厚度只有幾層（甚至是單層）原子。石墨烯、六方氮化硼和二維過渡金屬二鹵化物（如MoSe2或WSe2）等材料可以結(jié)合起來，形成光電子器件，并在這些材料中研究量子光學(xué)。近紅外光譜區(qū)量子效率最高的探測器通過測量這些器件的光致發(fā)光來促進(jìn)研究（見圖6）。

圖6：基于二維過渡金屬二鹵化物的量子異質(zhì)結(jié)構(gòu)的激子光致發(fā)光光譜。當(dāng)用激光照明時，會產(chǎn)生激子（束縛電子-空穴對），可以從光譜上進(jìn)行研究。在本實(shí)驗(yàn)中，BLAZE HR傳感器產(chǎn)生的峰值強(qiáng)度比當(dāng)前先進(jìn)的深度耗盡CCD高4-5倍，具體取決于PL發(fā)射波長。數(shù)據(jù)由Park Hongkun教授和Philip Kim教授（美國哈佛大學(xué)）提供。

杰出的實(shí)用性

BLAZE CCD相機(jī)將高近紅外靈敏度和快速光譜速率的特性相結(jié)合，能夠獲取以前無法獲得或很難獲得的定量光譜數(shù)據(jù)。除了非常適合在生命科學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域工作的研究人員之外，這些相機(jī)還適用于OEM系統(tǒng)的設(shè)備制造商。

BLAZE探測器與所有Teledyne Princeton Instruments光譜儀完全兼容，包括SpectraPro HRS系列和屢獲殊榮的Isolane?成像光譜儀（見圖7）。功能強(qiáng)大的64位LightField軟件可供選擇。

圖7:BLAZE相機(jī)與Isolane?成像光譜儀.

審核編輯黃宇