PMT和APD都屬于點(diǎn)探測(cè)器，只能探測(cè)光子信息，可以通過(guò)掃描方式測(cè)光譜。CCD和CMOS屬于線陣或者面探測(cè)器，可以成像。ICCD和EMCCD屬于不同類型的CCD。

一、PMT

PMT：光電倍增管，屬于靈敏度極高，響應(yīng)速度非?？斓膯吸c(diǎn)光探測(cè)器。

主要是由光電發(fā)射陰極(光陰極)和聚焦電極、電子倍增極及電子收集極(陽(yáng)極)等組成。

核心原理就是：通過(guò)把入射的光子轉(zhuǎn)化成電子，在電子倍增電場(chǎng)作用下進(jìn)行倍增放大，放大后的電子通過(guò)陽(yáng)極收集后輸出。通過(guò)AD轉(zhuǎn)換器，信號(hào)可以通過(guò)示波器直接顯示。

典型的光電倍增管按入射光接收方式可分為端窗式和側(cè)窗式兩種類型。

目前市面上常見(jiàn)的就是濱松的PMT,性價(jià)比高。

主要應(yīng)用：光子計(jì)數(shù)、弱光探測(cè)、化學(xué)發(fā)光、生物發(fā)光、極低能量射線探測(cè)、分光光度計(jì)、色度計(jì) 生化分析儀等設(shè)備中。

特點(diǎn)：雖然PMT靈敏度高，成本低，但是相比CCD,其測(cè)光譜時(shí)需要一個(gè)點(diǎn)一個(gè)點(diǎn)的去掃譜，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，采譜速度慢，受強(qiáng)光影響大，使用時(shí)需要注意保護(hù)管子，加壓時(shí)也需要注意，維護(hù)麻煩一些。

二、APD

雪崩光電二極管

核心原理：光電二極管的P-N結(jié)上加上反向偏壓后，射入的光被P-N結(jié)吸收后會(huì)形成光電流。加大反向偏壓會(huì)產(chǎn)生“雪崩”現(xiàn)象，這樣光電流會(huì)成倍增加,達(dá)到雪崩倍增狀態(tài)。

和PMT的差異是放大信號(hào)信號(hào)的原理不太一樣。APD因?yàn)槠渚邆鋯喂庾犹綔y(cè)能力，所以常被用于光子計(jì)數(shù)器應(yīng)用。和高速計(jì)數(shù)卡結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)弱信號(hào)的光子計(jì)數(shù)探測(cè)能力。而且APD相比PMT便宜一些，而且具有全固態(tài)結(jié)構(gòu)，量子效率也高，也被廣泛使用。

三、CCD

CCD 電荷耦合器件，原理不說(shuō)了，百科寫的很詳細(xì)

目前主要是科研級(jí)相機(jī)用的多的還是CCD探測(cè)器，主要是信噪比好，靈敏度比CMOS更好一些，一些極弱光信號(hào)的成像和光譜分析，常見(jiàn)的還是CCD。

CCD芯片的種類有：全幀芯片，隔行轉(zhuǎn)移，幀轉(zhuǎn)移等。

其中科研相機(jī)全幀芯片和幀轉(zhuǎn)移芯片用的多，全幀芯片全靶面曝光，芯片在光照下始終曝光，需要快門阻擋每一幀，否則容易有拖尾現(xiàn)象。而幀轉(zhuǎn)移芯片的優(yōu)勢(shì)是，利用像素間傳輸快的特點(diǎn)，在上一幀電荷轉(zhuǎn)移出芯片的同時(shí)可以采集下一幀圖像，可以不加快門工作。

四、CMOS

原理：CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)，

互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體，電壓控制的一種放大器件，是組成CMOS數(shù)字集成電路的基本單元。

主要需要和CCD區(qū)分開(kāi)

由于上面所說(shuō)的結(jié)構(gòu)，CCD的電路更改就更方便。而由于CMOS的過(guò)分集成，電路更改就不方便。特點(diǎn)：CMOS功耗小，噪聲大，靈敏度差，但是速度快，同時(shí)成本也要比CCD便宜很多。

目前科研領(lǐng)域，弱光探測(cè)還是CCD為主。高速成像主要是CMOS.

近幾年，sCMOS科研級(jí)CMOS異軍突起，采用了背照式CMOS芯片，提高量子效率，比傳統(tǒng)CMOS響應(yīng)更好一些，主要適合中間檔需求，信號(hào)稍微比日常弱一些，用科研級(jí)CCD覺(jué)得價(jià)格高，或者覺(jué)得CCD幀速低。用普通的CMOS又無(wú)法獲得很好的實(shí)驗(yàn)效果, 這些情況下都可以考慮sCMOS.

五、ICCD

稱為像增強(qiáng)型探測(cè)器

核心原理：ICCD利用像增強(qiáng)器，光子入射后經(jīng)過(guò)光陰級(jí)轉(zhuǎn)換成電子，電子通過(guò)微通道板MCP時(shí)，被在MCP外部的高壓電場(chǎng)作用下，電子不斷撞擊進(jìn)行倍增放大，放大后的電子信號(hào)經(jīng)過(guò)光纖錐打到熒光屏上，重新轉(zhuǎn)換成光子，光子再通過(guò)CCD芯片進(jìn)行成像，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大。

在EMCCD出現(xiàn)之前，都用ICCD來(lái)實(shí)現(xiàn)極弱光成像探測(cè)。同時(shí)ICCD可以控制曝光門控，實(shí)現(xiàn)ns甚至ps量級(jí)的曝光。

六、EMCCD

EMCCD,電子倍增型CCD，是一種全新的微弱光信號(hào)增強(qiáng)探測(cè)技術(shù)，

核心原理：EMCCD與普通的CCD探測(cè)器的主要區(qū)別在于其讀出(轉(zhuǎn)移)寄存器后又接續(xù)有一串“增益寄存器”，電子傳輸?shù)皆鲆婕拇嫫髦?，寄存器中產(chǎn)生的電場(chǎng)其強(qiáng)度足以使電子在轉(zhuǎn)移過(guò)程中產(chǎn)生“撞擊離子化”效應(yīng)，產(chǎn)生了新的電子，即所謂的倍增;每次轉(zhuǎn)移的倍增倍率非常小，多大約只有×1.01~×1.015倍，但是當(dāng)如此過(guò)程重復(fù)相當(dāng)多次，信號(hào)就會(huì)實(shí)現(xiàn)可觀的增益—可達(dá)1000倍以上，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大。

EMCCD具備單光子探測(cè)靈敏度，廣泛用于天文領(lǐng)域，生命科學(xué)領(lǐng)域，單分子成像，熒光成像等方面。

ICCD和EMCCD主要的差異：

1，ICCD的峰值量子效率不會(huì)超過(guò)50%;EMCCD采用ccd芯片，背照式峰值量子效率可高達(dá)90%以上。

2，ICCD的微通道板和熒光屏?xí)档涂臻g分辨率;EMCCD空間分辨率只取決于像素大小，比ICCD分辨率高，適合于生命科學(xué)領(lǐng)域

3，ICCD的像增強(qiáng)器畢竟嬌弱，強(qiáng)光容易損傷像增強(qiáng)管，需要注意保護(hù)。EMCCD沒(méi)有這么嚴(yán)格的要求，盡量避免飽和即可。

4，ICCD像增強(qiáng)器和EMCCD都可以用于軍事方面，都受進(jìn)出口管制。

5，ICCD具有納秒級(jí)的門寬實(shí)現(xiàn)高時(shí)間分辨，可以做瞬態(tài)壽命測(cè)試;EMCCD只能實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)時(shí)間分辨。

審核編輯 黃宇