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用于物理科学领域的电子倍增电荷耦合器件(EMCCD)相机 

借助单光子灵敏的 EMCCD 相机,牛津仪器Andor打造出一个专用、真正高端且易于使用的科学相机平台,该平台经专门设计,旨在在所有关键性能指标和参数方面,充分发挥超灵敏 EMCCD 技术的极致优势。

全新 iXon Ultra Blue | 全球用于蓝光及近紫外探测的最灵敏相机 。

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满足您所有需求的 EMCCD 相机解决方案

牛津仪器Andor提供全系列的 EMCCD 相机,涵盖广泛的性能参数范围。无论您的应用需要高速、极致的 EMCCD 灵敏度、高分辨率,还是紧凑型轻量设计,我们都能为您提供最优解决方案,敬请信赖。

iXon Ultra

宽波长范围内的超高灵敏度
  • 888型号(1024 x 1024)或897型号(512 x 512)
  • 宽谱背照式量子效率响应
  • 全帧模式下高达 56 帧 / 秒
  • 热电制冷低至 - 100°C
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iXon Ultra Blue

专为蓝光 / 紫外光优化设计
  • 888型号(1018 x 1018)或897型号(506 x 506)
  • 背照式量子效率(200-450 纳米波段)
  • 全帧模式下高达 56 帧 / 秒
  • 热电制冷低至 - 100°C
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OCAM2K

高速、超灵敏:自适应光学的理想选择
  • 全帧模式下高达 2067 帧 / 秒
  • 240×240 规格,24 微米像素
  • 背照式深耗尽型近红外增强量子效率
  • 超低延迟 43 微秒
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OCAM2S

高速、超灵敏、快速电子快门
  • 高速、超灵敏、快速电子快门
  • 电子快门功能
  • 240×240 规格,24 微米像素
  • 背照式深耗尽型近红外增强量子效率
  • 超低延迟 43微秒
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EMCCD相机型号选项

关键规格 iXon Ultra 888(含蓝光版) iXon Ultra 897(含蓝光版) OCAM2K OCAM2S
核心属性 视野、灵敏度与速度 灵敏度与速度 超高速度 超高速度与快速电子快门
传感器规格 1024 x 1024
(蓝光版 1018×1018)
512×512
(蓝光版 506×506)
240 x 240 240×240(规格)
像素尺寸 13微米 16 微米 24 微米 24 微米
传感器对角线尺寸 18.8 毫米 11.6 毫米 6.9 毫米(传感器对角线尺寸) 6.9 毫米
读出噪声 开启电子倍增增益时<1 电子 开启电子倍增增益时<1 电子 开启电子倍增增益时<1 电子 开启电子倍增增益时<1 电子
制冷方式 -95℃ -100℃ -45℃ -45℃
暗电流 0.00011 电子 / 像素 / 秒 0.00015 电子 / 像素 / 秒 <20 电子 / 像素 / 秒(暗电流) <20 电子 / 像素 / 秒
杂散背景(CIC) 0.005 事件 / 像素 0.0018 事件 / 像素 不适用(内置电子快门) 不适用
量子效率选项 BV、EXF、UVB(Ultra 版);
NBB(Ultra Blue 版)
BV、EXF、UVB(Ultra 版);
NBB(Ultra Blue 版)
背照式深耗尽型(量子效率特性) 背照式深耗尽型
帧速率 26 帧 / 秒(128×128 裁剪模式下 670 帧 / 秒) 56 帧 / 秒(128×128 裁剪模式下 595 帧 / 秒) 全帧模式 2067 帧 / 秒 全帧模式 2068 帧 / 秒
像素阱深 65,000 电子 145,000 电子 270,000 电子 80,000 电子
内置电子快门 无(该功能不适用) 无(该功能不适用) 不适用(内置电子快门)
接口 USB 3.0(附加 Camera Link 输出接口) USB 3.0(附加 Camera Link 输出接口) Camera Link® 全规格 Camera Link® 全规格
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电子倍增电荷耦合器件(EMCCD)相机的应用

量子纠缠

对量子纠缠光子系统的成像研究,需要超灵敏的阵列探测器,这类探测器能够记录并计数单光子事件和光子对,且能出色地从背景噪声事件中加以区分。此外,快速帧频成像能力可提升实验流程效率,通过光子计数加快图像构建速度。

牛津仪器Andor强烈推荐 iXon Ultra 背照式 EMCCD 相机系列,用于相关双光子成像实验 —— 这是一套成熟的解决方案,适用于高通量单光子探测。iXon Ultra 具备深真空制冷功能(低至 - 100°C),并最大限度减少了杂散噪声源,能够实现单光子和光子对的区分,为这些对光子需求量极大(却又极端缺乏光子)的实验提供成功的高通量探测支持。

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离子阱量子计算

iXon Ultra Blue是是全球对蓝光及近紫外光子最灵敏的探测器,它兼具单光子灵敏度,且在 200–450 纳米波段的量子效率(QE)得到显著提升。因此,该探测器非常适合用于离子阱量子系统的成像,尤其适用于 ytterbium(镱,370 纳米)、magnesium(镁,285 纳米)或 strontium(锶,422 纳米)等离子的成像场景。

iXon Ultra Blue 还能实现高速成像,特别是在使用裁剪模式时,可极大提升子区域(感兴趣区域)的帧速率。此外,该平台配备 Camera Link 输出接口,能最大限度降低数据传输延迟,非常适合反馈回路实验系统。

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波前传感器(自适应光学)

OCAM 相机系列为波前传感等高速、微光应用提供了理想解决方案。其搭载深耗尽型热电制冷 EMCCD 传感器,240×240 阵列(24 微米像素)的全帧读出速率可达 2067 帧 / 秒。凭借亚电子级读出噪声、超低延迟读出电子元件及 CameraLink 数据接口,OCAM 相机能在高速下稳定实现高灵敏度探测。其中 OCAM2S 型号具备快速电子快门功能,可优化适配波前传感及激光脉冲应用。

iXon 系列 EMCCD 相机是全球天文台自适应光学(AO)系统中波前传感的首选相机。iXon Ultra 拥有大像素尺寸、>90% 的量子效率(QE)及亚电子级读出噪声,通过选择传感器的子阵列读出模式,可轻松实现数百帧 / 秒的波前传感。其 CameraLink 数据接口支持低延迟(约 500 微秒)数据传输,能与波前分析及 AO 控制软件高效协同。

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斑点成像与高速天文观测

iXon EMCCD相机特别适用于通过大量短曝光图像有效冻结大气湍流影响的技术。诸如幸运成像(Lucky Imaging)等移位叠加技术,以及斑点干涉测量技术,能将空间分辨率提升至远超大气视宁度设定的实际极限,例如在解析双星方面已证明非常有效。

此外,高频时域天文观测常需高速超灵敏检测。从脉冲星、食双星白矮星系统、快速射电暴到恒星掩星事件,各类天体物理系统的研究均要求快速测光或测星测量。凭借覆盖宽光谱范围的>90%量子效率、亚电子级读出噪声、可选近红外条纹抑制功能及极高帧率,iXon Ultra可轻松应用于上述各类快速变化天象的研究。

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引导相机

iXon 系列 EMCCD 相机凭借短曝光即可拍摄低噪声图像的优势,已在全球多个重要观测项目中用作导星相机。其中,iXon Ultra 888 被选作平流层红外天文观测台(SOFIA,见右图)的导星相机,同时在 2 米口径阿尔弗雷德 - 延施望远镜(2m-Alfred-Jensch-Telescope)上也发挥了出色作用。在上述案例中,iXon 相机的性能表现极具说服力,因此还被改装为可见光观测的主科学相机。

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快速高光谱成像

快速高光谱成像iXon 系列 EMCCD 相机是快速高光谱成像的理想探测器,例如,可与液晶可调谐滤光片配合实现窄波段滤波,或与色散光谱仪结合完成快速逐点映射。

这类应用通常需要兼顾短曝光时间与弱信号探测(尤其是拉曼散射场景),而 iXon Ultra 相机的快速读出能力与超高灵敏度,使其成为此类场景下的理想探测器解决方案。

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极致光子计数 EMCCD 解决方案

具备单光子灵敏度的 iXon Ultra EMCCD 相机,是快速成像探测的佼佼者,能以极高确定性判断像素中是否探测到光子,这在量子纠缠实验中尤为关键。背照式 EMCCD 技术在区分 “有光子” 与 “无光子”(即 “1” 与 “0”)方面始终保持领先地位。

  • 可探测>90% 的光子事件 —— 具备单光子灵敏度及>90% 的量子效率(QE)
  • 能区分关联光子 —— 得益于 - 100°C 制冷技术,最大限度减少杂散噪声事件
  • 阵列规模可达 100 万像素 —— 实现量子关联的大规模并行探测
  • 快速计数率 —— 高达数百帧 / 秒,加速测量进程
  • 双光子探测 —— 卓越的电荷转移效率,可区分相邻像素中的光子对

“二合一” 灵活性

两款 iXon Ultra 型号均具备 “二合一” 的性能灵活性,既可以作为单光子 EMCCD 相机运行,也能当作低噪声常规 CCD 相机使用,用户可通过软件轻松切换模式。这种多功能性对那些需要相机在弱光环境下同时适应高速和低速帧频的实验室而言极具吸引力。在光子匮乏的应用中,当处于较高帧频(>1 帧 / 秒)条件下时,选择 EMCCD 放大器通常能获得更佳的信噪比;而当可以采用更长曝光时间,且传感器能以低速读出(即 “每秒几帧” 而非 “每帧几秒”)时,CCD 放大器往往能带来更优的信噪比。

不过,无论是 EMCCD 还是 CCD 配置,相机都可启用特殊的 “快速动力学” 功能,以微秒级时间分辨率采集数据脉冲。例如,在玻色 - 爱因斯坦凝聚(BEC)实验中,这一功能可用于测量磁光阱(MOT)关闭后,原子团在飞行时间内的快速动力学变化。

EMCCD CCD
具备单光子灵敏度 读取噪声为 3 至 6 电子
存在倍增噪声 无倍增噪声
可实现更快帧频 帧频受限,相对较慢

EMCCD 与 CCD 的基本性能对比:

宽量子效率范围

iXon Ultra 和 iXon Ultra Blue 的光谱响应峰值量子效率(QE)超过 95%,且覆盖从紫外到近红外的宽波长范围,适用于广泛的科学研究领域 —— 从冷矮星的近红外光度测量,到单分子生物物理学研究,再到捕获离子的紫外量子成像。此外,其具备的条纹抑制功能可减少近红外成像中的 etaloning( etaloning 指 etalon 效应,即干涉条纹现象)。

全新的 iXon Ultra Blue 是全球对蓝光和近紫外光子最灵敏的探测器,它兼具单光子灵敏度,且在 200–450 纳米波段的量子效率显著提升。因此,该探测器非常适合离子阱量子系统的成像,尤其适用于镱(370 纳米)、镁(285 纳米)或锶(422 纳米)等离子的成像。

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