TCSPC时间相关单光子计数技术基本原理说明.pdf

Techcomp Ltd TCSPC 时间相关单光子计数技术 基本原理说明 Dr.Hailin Qiu 2011-9-3 qwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmrtyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqw TCSPC 时间相关单光子计数技术 基本原理说明 2011-9-3 Dr.Hailin Qiu 荧光寿命测试荧光寿命测试TCSPC 工作原理工作原理 处于分子轨道基态的电子吸收高能量光子的激发后，跃迁到激发态，产生电子-空穴对，这个过程我们称为光致激发，处在激发态的电子从第一激发单重态回到基态，以发光的形式释放出能量，整个过程称为光致发光的荧光过程。通常我们把 10-15s 数量级的吸收过程忽略不计，定义被激发电子停留在激发态的平均时间称为荧光寿命，荧光寿命代表分子轨道更加详细的组成及复合机理。荧光寿命通常在 ps 到 us 级。如此短的时间过程，我们无法直接采用现有的电子及检测手段准确获取 ps 级间隔的数据，所以以统计学为基础的时间相关单光子计数方法（TCSPC）成为最成熟、最准确、灵敏度最高的荧光寿命测试方法。荧光寿命的物理模型是 脉冲光源激发，样品发射荧光，荧光强度对应这个 脉冲的响应。实际的光源中，脉宽都是存在的，于是我们把脉宽分解为多个 脉冲的集合，实际获取的荧光寿命成为这个集合的响应的加和。高等数学上面称之为卷积，随后通过数学解卷积过程，我们就获得准确的样品的荧光寿命及组成。对于 TCSPC 测试过程，整个荧光衰减过程采用时间通道的方案来进行，通常时间通道有256-8096 个供选择，统计假设采集到光子的概率和当时的荧光强度成正比。脉冲光源开始工作时，我们获取计时 Start 信号，设定检测器在一次脉冲获取一个光子的概率是 2%，通过TAC 时幅转换器把获得光子的时间（start to stop）以电压形式记录下来，记录在对应的时间通道中；多次脉冲后，多通道时间记录器中就获得了实际的荧光衰减曲线；然后我们以同样的方法采集光源的脉宽曲线。荧光衰减曲线和光源脉宽曲线带入专门的拟合软件，我们可以获得荧光寿命的数值、组成及相关系数。