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用于物理科学的 iXon Ultra EMCCD 相机

以单光子检测灵敏度的iXon Ultra为代表的Andor 系列EMCCD,为客户提供了一个专属的高性能科学级影像平台。Ultra系列是以超高灵敏度EMCCD技术为基础,在所有关键性能指标内均以最优为设计理念而打造的一款各方面趋近“最佳”的相机。

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iXon Ultra EMCCD 相机可选型号

型号 iXon Ultra 888 iXon Ultra 897
关键属性 视野、灵敏度和速度 灵敏度和速度
像元数 1024 x 1024 512 x 512
芯片尺寸(对角线) 18.8 mm 11.6 mm
读出噪声 < 1 e- with EM Gain  < 1 e- with EM Gain
制冷温度 -95°C -100°C
暗电流 0.00011 e-/pixel/sec 0.00015 e-/pixel/sec
乱真噪声(CIC) 0.005 events/pixel 0.0018 events/pixel
芯片制造工艺(量子效率曲线选项) BV, EX2, UVB BV, EX2, UVB
帧数 26 fps (670 fps with 128 x 128 Crop Mode)  56 fps (595 fps with 128 x 128 Crop Mode)
像元满阱电子数 80,000 e- 180,000 e-
数据接口 USB 3.0 USB 2.0
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iXon Ultra EMCCD 相机应用领域

量子纠缠

量子纠缠光子系统的成像研究需要超高灵敏度的阵列探测器,这些探测器能够记录和并对单个光子和光子对事件进行光子计数,并能极好地将单光子信号与背景噪声区别开来。实验流程通过高帧率成像能力得到进一步改善,从而通过光子计数加快了图像构建的速度。

Andor 强烈推荐 iXon Ultra 背照式 EMCCD 相机系列进行关联双光子成像实验,这是一种成熟的高通量单光子检测解决方案。 iXon Ultra 低至 -100°C 的深度真空冷却和最小化的杂散噪声源,为要求严苛的单光子级别的实验提供了专业的解决方案。

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超冷量子气体、BEC 和离子阱

多年来,iXon Ultra 一直是适合超冷量子简并气体和离子阱实验中的探测器。 使用 EMCCD 和 CCD前置放大器,相机可以很容易地适应荧光和 BEC 实验。 单光子灵敏度,再加上 > 90% 的 QE,即使在快速帧速率操作下,也能够对非常少量的囚禁原子或离子进行成像。

‘快速动力学’模式可以对微秒尺度的动态过程进行探测研究,例如BEC冷原子团块的飞行时间测算。iXon Ultra还有对近红外(NIR)段信号探测应用优化的型号可选,具备抑制fringing效应的特性并可定制AR镀层的前窗。

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散斑成像和高速天文学

为解决大气湍流而造成的成像模糊,对同一个物体拍摄高帧率的海量图片,运用特定的方法来使得大气湍流被“中和”的技术应运而生,而iXon EMCCD 非常适合用于这种高帧率、弱光的实验。诸如幸运成像以及散斑干涉测量之类的移位和相加技术可以提高空间分辨率,远远超出大气成像设定的实际限制,并且已证明在解析双星方面非常有效。

此外,高频光度和天体测量研究通常需要快速和超灵敏的检测,例如脉冲星研究。 iXon Ultra 提供结合亚电子读出噪声的高帧率、在宽光谱范围内 > 90% 的 量子效率,同时提供用于在 NIR 波段成像的fringe抑制选项。

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导星相机

iXon EMCCD 已被用于全球各个知名观测项目的导星相机,这得益于其能够以更短的曝光时间拍摄低噪声图像。 iXon Ultra 888 已被选为 SOFIA(红外天文平流层天文台)的引导相机(右)。

它也被用于 2m-Alfred-Jensch-Telescope,产生了很好的效果。 在上述每个示例中,iXon 相机的性能都非常令人信服,因此在可见光观测中,它也常被用作主流的科学相机。

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快速高光谱成像

iXon EMCCD 是用于快速高光谱成像的理想探测器,例如与窄带液晶可调滤波器型高光谱仪或与狭缝扫描式的色散型高光谱仪结合使用。

此类方法通常涉及短曝光时间和微弱信号(特别是在拉曼散射的情况下)与iXon Ultra 的快速读数和超高灵敏度的组合,是理想的探测器解决方案。


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光子计数 EMCCD 解决方案

单光子灵敏度的 iXon Ultra EMCCD 代表了快速成像的理想探测器,可以非常确定地知道是否在像素中检测到光子,这对于量子纠缠实验尤其重要。 背照式 EMCCD 仍然是从零确定一的领先技术。

  • 检测 > 90% 的光子事件 - 单光子灵敏度和 > 90% QE
  • 区分相关光子 - 从 -100°C 制冷和最小化杂散噪声事件
  • 高达 1 兆像素的阵列 - 量子关联性的大规模并行检测
  • 快速计数率 – 高达数百 fps 以加快测量速率
  • 双光子检测 – 出色的电荷转移效率,用于区分相邻像素中的光子对

“二合一”灵活性

两款iXon Ultra型号都提供了“二合一”性能灵活性,可作为单光子EMCCD或低噪声常规CCD运行,用户可通过软件随时选择。这种多功能性在实验室中很有吸引力,因为实验室可能要求相机在低光条件下快速和慢速帧速条件下工作。在微弱光应用中,在更快的帧速率条件下(大于1 fps),选择EMCCD放大器通常会产生更好的信噪比,然而,当更长的曝光时间以及传感器可以缓慢读取时(即“每帧秒数”而不是“每秒帧数”),CCD放大器通常可以产生更好的信噪比。

然而,在EMCCD或CCD配置中,可以使用特殊的“快速动力学”功能以微秒级时间分辨率收集突然出现的数据。这在BEC实验中非常有用,例如,在MOT关闭后立即测量飞行时间的快速云动力学。

EMCCD
CCD
单光子灵敏度
3 到 6 e- 读出噪声
乘性噪声
无乘性噪声
更快的帧速率
较慢的帧速率

EMCCD 和传统 CCD 放大器之间的基本权衡

量子效率概况

iXon Ultra 光谱响应提供超过 95% 的峰值 QE,并提供从紫外到近红外的广泛覆盖范围,适用于广泛的科学领域; 从与主序恒星相比,温度较低的矮星如红矮星、褐矮星和黑矮星的近红外光度测量,到简并气体的量子光学,再到离子阱的成像。 在近红外(NIR) 成像中,Fringe抑制选项可减少etaloning效应。

新的“BB”芯片选项对整个光谱蓝色区域的量子效率提高了 20%,非常适合量子光学中离子阱的快速成像,这是一种重要的量子比特计算方法。

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