單光子計(jì)數(shù)拉曼光譜實(shí)驗(yàn)裝置示意圖脈沖激光聚焦在樣品表面，激發(fā)樣品產(chǎn)生熒光和拉曼散射，單光子探測器探測這些受激發(fā)射和散射。Time Tagger 采集所有光子事件的時(shí)間戳并加以實(shí)時(shí)分析。

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什么是單光子計(jì)數(shù)拉曼光譜？

拉曼光譜作為一種強(qiáng)大的分析技術(shù)，能夠通過研究光散射現(xiàn)象揭示樣品的分子組成、化學(xué)結(jié)構(gòu)及化學(xué)環(huán)境。當(dāng)激光照射樣品時(shí)，大多數(shù)光子發(fā)生彈性（瑞利）散射，僅有極少部分光子與分子內(nèi)部的振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)相互作用，產(chǎn)生能量轉(zhuǎn)移，發(fā)生非彈性（拉曼）散射。

拉曼光譜在生物化學(xué)、藥物分析、環(huán)境監(jiān)測、材料研究等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，為分子結(jié)構(gòu)及相互作用提供了深刻洞見。然而，該技術(shù)也面臨著諸如靈敏度有限和樣品熒光干擾嚴(yán)重等挑戰(zhàn)。近年來的研究著重提升拉曼信號的檢測能力，并有效隔離熒光背景干擾，以提升靈敏度和選擇性。

為應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，單光子計(jì)數(shù)拉曼光譜技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，將拉曼光譜與單光子計(jì)數(shù)技術(shù)相結(jié)合，即使在低濃度樣品中也能檢測到微弱的拉曼信號。該方法通過時(shí)間門控和時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)亞納秒級時(shí)間分辨率，能有效區(qū)分拉曼信號與熒光和背景噪聲，大幅提升測量的靈敏度與可靠性。

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如何測量單光子計(jì)數(shù)拉曼光譜？

典型的單光子計(jì)數(shù)拉曼光譜實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由多個(gè)關(guān)鍵模塊組成，涵蓋樣品激發(fā)、信號過濾與光子精確檢測等環(huán)節(jié)。

脈沖激光源用于激發(fā)樣品并誘導(dǎo)拉曼散射。二向色鏡與陷波濾光片用于分離激發(fā)光與拉曼散射信號以及背景熒光。聲光可調(diào)濾波器則支持動(dòng)態(tài)選擇特定拉曼位移，靈活覆蓋不同的光譜范圍。高靈敏度的單光子探測器，如雪崩光電二極管或超導(dǎo)納米線單光子探測器，負(fù)責(zé)捕捉拉曼光子。此外，還需要時(shí)序電子設(shè)備對各種光子事件時(shí)間戳的采集和實(shí)時(shí)處理。用于單光子計(jì)數(shù)拉曼光譜實(shí)驗(yàn)的理想時(shí)序測量設(shè)備應(yīng)該具備亞納秒級分辨率、低抖動(dòng)和實(shí)時(shí)多通道數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理能力。

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單光子計(jì)數(shù)拉曼光譜先進(jìn)解決方案

Swabian Instruments Time Tagger

Swabian Instruments - 施瓦本儀器開發(fā)的多通道高精度時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器Time Tagger能以皮秒級時(shí)間分辨率記錄每個(gè)光子事件的時(shí)間戳，使得時(shí)間門控測量和時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)成為可能，進(jìn)而能夠消除熒光干擾、有效采集微弱的拉曼信號，提升測量的信噪比。

低至1.5 ps的時(shí)間抖動(dòng)

Time Tagger可實(shí)現(xiàn)低至1.5 ps的時(shí)間抖動(dòng)，確保了精準(zhǔn)的時(shí)序控制，可以充分發(fā)揮單光子探測器的高靈敏度優(yōu)勢，增強(qiáng)對微弱拉曼散射信號的靈敏度，甚至能捕捉細(xì)微的拉曼位移，成為高精度痕量分析的理想選擇。

先進(jìn)的時(shí)間分辨測量能力

Time Tagger通過高分辨率時(shí)間戳標(biāo)記與靈活的時(shí)間門控，能夠有效隔離拉曼信號，排除長壽命熒光干擾。精準(zhǔn)的時(shí)間門控極大提升了拉曼光譜的清晰度和可靠性，同時(shí)顯著增強(qiáng)了微弱拉曼信號的檢測能力。

靈活可調(diào)的輸入信號設(shè)置

Time Tagger支持通道獨(dú)立的硬件信號延遲與死區(qū)時(shí)間設(shè)置，為復(fù)雜測量中的光子檢測提供靈活配置。這些特性可對每個(gè)檢測通道進(jìn)行微調(diào)，既能優(yōu)化多通道系統(tǒng)的信號采集效率，又能在各類實(shí)驗(yàn)條件下實(shí)現(xiàn)高保真度的數(shù)據(jù)收集。

豐富直觀易用的軟件平臺(tái)

Time Tagger結(jié)合了卓越的硬件性能與強(qiáng)大的軟件引擎，用戶可通過少量Python、Matlab、LabVIEW、C#/C++、Mathematica、.NET代碼，或在直觀的TimeTaggerLab界面中，輕松完成多種實(shí)時(shí)測量。

產(chǎn)品負(fù)責(zé)人：楊工