การเลือกเครื่องตรวจจับสำหรับสเปกโทรสโกปี TA ที่มองเห็นได้และอินฟราเรดใกล้

เครื่องตรวจจับสเปกโทรสโกปีความเร็วสูงสำหรับการดูดกลืนแสงชั่วคราวจะต้องตรวจวัดการเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากปั๊มเล็กน้อย นอกเหนือจากสัญญาณโพรบที่แรงกว่ามาก ตัวเลือกที่ดีที่สุดจึงขึ้นอยู่กับการตอบสนองของความยาวคลื่นที่ใช้งานได้ ความจุประจุ สัญญาณรบกวน การซิงโครไนซ์ และการสุ่มตัวอย่างสเปกตรัมร่วมกัน โดยทั่วไปซิลิคอนจะมีประโยชน์ทั่วทั้ง NIR ที่มองเห็นได้และใน NIR ที่มีความยาวคลื่นสั้น โดยทั่วไปจะเลือกใช้ InGaAs เพื่อการตรวจจับ NIR ที่ยาวนานขึ้น ชื่อวัสดุไม่ได้กำหนดว่าการวัดค่า TA ที่สมบูรณ์จะได้ผลหรือไม่ เริ่มต้นด้วยแถบชั่วคราวในการวินิจฉัยและลำดับพัลส์เลเซอร์ จากนั้นประเมินประสิทธิภาพของเครื่องตรวจจับด้วยความเข้มของโพรบและวิธีการได้มาตามที่ต้องการ

ระบุการวัด TA ก่อนเลือกเซ็นเซอร์

การดูดกลืนชั่วคราวจะวัดความแตกต่างระหว่างสัญญาณโพรบที่สูบและไม่ได้สูบ อุปกรณ์ตรวจจับจะต้องรักษาความแตกต่างที่เป็นเศษส่วนเล็กๆ ไว้ในขณะที่จัดการกับพื้นหลังที่มีขนาดใหญ่กว่า โดยไม่มีการตอบสนองของความอิ่มตัว การเบี่ยงเบน หรือแบบไม่เชิงเส้น

สำหรับการวัดการส่งผ่าน ΔA = −log ( ₁₀T _เปิด / _{ปิด T} ) เมื่อการเปลี่ยนแปลงมีน้อย ΔA γ −(ΔT/T)/ln(10) คุณลักษณะ TA ที่อ่อนแอจึงต้องการความแม่นยำสัมพัทธ์ที่ดีเยี่ยม แม้ว่าเครื่องตรวจจับจะได้รับแสงมากก็ตาม นี่เป็นปัญหาการปรับให้เหมาะสมที่แตกต่างจากการตรวจจับการแผ่รังสีที่เกิดขึ้นเองเล็กน้อยโดยแทบไม่มีพื้นหลัง

ระบุความยาวคลื่นที่จำเป็นในการแยกแยะงานมอบหมายที่แข่งขันกัน ไม่ใช่แค่ช่วงที่กว้างที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ สารฟอกขาวที่มองเห็นได้อาจระบุอาชีพของประชากร ในขณะที่การดูดซึมในสภาวะตื่นเต้นของ NIR อาจช่วยแยกแยะชนิดพันธุ์ที่เกี่ยวข้องกับประจุ หากการตีความต้องใช้ทั้งสองอย่าง ให้ประเมินว่าช่องของเครื่องตรวจจับและสเปกโตรกราฟสองช่องสามารถปรับเทียบและซิงโครไนซ์ได้อย่างสม่ำเสมอหรือไม่

นอกจากนี้ ยังกำหนดอัตราการทำซ้ำของโพรบ รูปแบบการปรับปั๊ม โฟตอนที่คาดหวังต่อพิกเซล ΔA ที่มีประโยชน์ขั้นต่ำ และเวลาเฉลี่ย เครื่องตรวจจับสเปกโทรสโกปีความเร็วสูงที่เลือกโดยไม่มีอินพุตเหล่านั้นสามารถมีข้อกำหนดเฉพาะหัวข้อข่าวที่น่าประทับใจ ในขณะที่ไม่เป็นไปตามข้อกำหนดด้านเวลาหรือสัญญาณรบกวนตามจริง

เลือกซิลิคอนหรือ InGaAs จากการตอบสนองที่ใช้งานได้

Silicon และ InGaAs นำเสนอโปรไฟล์การตอบสนองความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน เลือกใช้ประสิทธิภาพควอนตัมและปริมาณงานของระบบที่วัดได้ในย่านความถี่ที่ต้องการ โดยเฉพาะอย่างยิ่งใกล้กับขอบการตอบสนองของเครื่องตรวจจับ

ประสิทธิภาพควอนตัมอธิบายเศษส่วนของโฟตอนตกกระทบที่แปลงเป็นประจุที่ตรวจพบภายใต้เงื่อนไขที่กำหนด ค่าสูงสุดที่ความยาวคลื่นหนึ่งไม่ได้สร้างประสิทธิภาพในที่อื่น ถามเส้นโค้งการตอบสนองเหนือแถบที่ต้องการ จากนั้นพิจารณาความสูญเสียจากตะแกรง รอยกรีด กระจก ตัวกรอง และตัวอย่าง

ช่วงตัวตรวจจับที่ระบุไม่เทียบเท่ากับช่วง TA ที่ใช้งานได้แบบแบน ที่ขอบต่อเนื่องที่อ่อนแอ สัญญาณรบกวนการยิงหรือสัญญาณรบกวนการอ่านอาจมีอิทธิพลเหนือกว่า เมื่อใกล้กับคุณลักษณะสเปกตรัมที่เกี่ยวข้องกับปั๊มที่แข็งแกร่ง ความไม่เสถียรของการกระจายและโพรบอาจมีอิทธิพลแทน การมาสก์หรือการเปลี่ยนแปลงการกำหนดค่าเชิงแสงอาจมีประสิทธิภาพมากกว่าการเลือกเครื่องตรวจจับที่มี QE สูงสุดสูงกว่าเล็กน้อย

เมื่อช่องที่มองเห็นได้และช่อง NIR ทับซ้อนกัน ให้ใช้การทับซ้อนกันเพื่อทดสอบการสอบเทียบความยาวคลื่นและพฤติกรรมสัมพัทธ์ อย่าบังคับให้สองสเปกตรัมตกลงกันโดยการปรับขนาดตามอำเภอใจ หากสภาวะของปั๊ม การสุ่มตัวอย่างชั่วคราว หรือเรขาคณิตของการรวบรวมแตกต่างกัน การทับซ้อนกันควรเผยให้เห็นถึงความไม่สอดคล้องกันแทนที่จะปกปิดไว้

ปรับสมดุลความจุเต็มหลุม สัญญาณรบกวน และช่วงไดนามิก

ความจุเต็มหลุมขนาดใหญ่ช่วยให้พิกเซลรวบรวมประจุของโพรบได้มากขึ้นก่อนจะอิ่มตัว ซึ่งสามารถปรับปรุงความแม่นยำของเสียงช็อตแบบเศษส่วนได้ โดยที่เครื่องตรวจจับยังคงเป็นเส้นตรงและโพรบไม่ทำให้ตัวอย่างเปลี่ยนแปลง

สำหรับโฟโตอิเล็กตรอนที่ตรวจพบ N เสียงช็อตในอุดมคติจะปรับขนาดประมาณเป็น √N ดังนั้นสัญญาณรบกวนช็อตสัมพันธ์จะปรับขนาดเป็น 1/√N อัตราส่วน TA ประกอบด้วยสัญญาณรบกวนจากการวัดที่เข้าร่วม และการทดลองจริงยังประกอบด้วยความผันผวนของแหล่งกำเนิด สัญญาณรบกวนจากการอ่าน สัญญาณรบกวนจากกระแสมืด และการดริฟท์ โฟตอนที่มากขึ้นจะช่วยได้จนกระทั่งขีดจำกัดอื่นเข้ามาครอบงำ

ตรวจสอบพิกเซลที่สว่างที่สุด แทนที่จะตรวจสอบเฉพาะสัญญาณโดยเฉลี่ย จุดสูงสุดที่ต่อเนื่องสามารถทำให้อิ่มตัวได้ในขณะที่บริเวณสเปกตรัมที่อ่อนแอยังคงเปิดรับแสงได้ไม่ดี ปรับรูปร่างสเปกตรัม การลดทอนของโพรบ อัตราขยาย หรือการแบ่งช่องสัญญาณตามความเหมาะสม พิกเซลที่อิ่มตัวไม่สามารถซ่อมแซมได้ด้วยการหาค่าเฉลี่ย และบริเวณที่ไม่เป็นเชิงเส้นที่เกือบอิ่มตัวสามารถบิดเบือนสัญญาณส่วนต่างเล็กๆ ก่อนที่จะเกิดการคลิปที่ชัดเจน

ช่วงไดนามิกอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างสัญญาณที่ใช้งานได้สูงและระดับเสียงรบกวนภายใต้เงื่อนไขที่กำหนด มันไม่เหมือนกับความลึกบิตของ ADC และไม่ใช่คำสั่งโดยตรงของความไว ΔA เช่นกัน เปรียบเทียบการตั้งค่าเกน ความจุเต็มหลุม สัญญาณรบกวนในการอ่าน ความเป็นเชิงเส้น และเงื่อนไขการรับข้อมูลร่วมกัน

การระบายความร้อนสามารถลดกระแสมืดสำหรับเครื่องตรวจจับและระบบการรับแสงบางประเภท แต่การวัด TA ที่ได้รับแสงจ้าและเปิดรับแสงจ้าจะไม่ใช่สิ่งสำคัญโดยอัตโนมัติ ทดสอบว่าสัญญาณรบกวนความมืดเกิดขึ้นภายใต้แสงจริงหรือไม่ หลีกเลี่ยงการเสียสละความจุหรือระยะเวลาในการชาร์จสำหรับฟีเจอร์ที่ไม่จำกัดการทดสอบ

จับคู่การอ่านข้อมูลและการซิงโครไนซ์กับลำดับพัลส์

อัตราการอ่านข้อมูลจะควบคุมวิธีการรับสเปกตรัมและเชื่อมโยงกับเหตุการณ์ปั๊ม ไม่ได้ระบุความละเอียดเวลาเฟมโตวินาทีโดยตรงของการวัดแบบออปติคอลปั๊ม–โพรบ

ใน femtosecond TA การตอบสนองของปั๊ม–โพรบจะถูกควบคุมโดยพัลส์ซ้อนทับกัน ระยะเวลาของพัลส์ เสียงเจี๊ยบ และเรขาคณิต กล้องอาจรวมพัลส์โพรบแบบออปติคอลสั้นไว้ระหว่างการรับแสงทางอิเล็กทรอนิกส์ที่ยาวนานกว่ามาก การอ่านค่าเส้นที่เร็วขึ้นสามารถปรับปรุงการหาค่าและการหาค่าเฉลี่ยของ shot-solve ได้ แต่ไม่ได้ทำให้พัลส์แสงสั้นลง

สำหรับการวัดแบบเปิดและปิดแบบสลับกัน อุปกรณ์ตรวจจับและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในการรับข้อมูลจะต้องระบุเหตุการณ์ของโพรบแต่ละรายการอย่างถูกต้อง ตรวจสอบรูปแบบทริกเกอร์ การหน่วงเวลาการรับแสง การปรับปั๊ม พฤติกรรมดรอปเฟรม และการเรียงลำดับข้อมูล เครื่องตรวจจับที่เร็วเพียงพอในอัตราเส้นที่กำหนดยังคงทำงานล้มเหลวได้ หากหน้าต่างการสัมผัสจับพัลส์ที่ไม่ต้องการ หรือการจัดการทริกเกอร์ไม่ตรงกับการทดลอง

อย่ากำหนดกฎสากลว่าอัตราสายกล้องจะต้องเป็นสองเท่าของอัตราการทำซ้ำของเลเซอร์ ความสัมพันธ์ที่ต้องการขึ้นอยู่กับว่าบรรทัดใดที่บันทึกไว้และวิธีจัดเรียงลำดับปั๊ม ให้วาดลำดับพัลส์/การรับแสงจริง และตรวจสอบว่าสเปกตรัมที่เก็บไว้ทุกสเปกตรัมมีสถานะปั๊มที่ทราบ

อาร์เรย์คู่หรือช่องอ้างอิงสามารถลดความผันผวนของโพรบที่สัมพันธ์กันเมื่อสัญญาณและการอ้างอิงเข้ากันได้ดี ไม่สามารถขจัดสัญญาณรบกวนการยิง การเบี่ยงเบนของตัวอย่าง ความผันผวนของปั๊ม หรือความไม่ตรงกันที่ขึ้นกับความยาวคลื่นได้ทั้งหมด วัดการปรับปรุงโดยใช้ข้อมูลที่ปิดกั้นโดยปั๊มและตัวอย่างที่เป็นตัวแทน แทนที่จะคิดว่าปัจจัยการยกเลิกที่เหมาะสมที่สุด

เลือกจำนวนพิกเซลด้วยสเปกโตรกราฟ

หมายเลขพิกเซลจะกำหนดความสามารถในการสุ่มตัวอย่าง ในขณะที่ความละเอียดสเปกตรัมจะขึ้นอยู่กับอุปกรณ์ออพติคัลที่สมบูรณ์ จำนวนพิกเซลที่สูงขึ้นไม่ได้รับประกันคุณสมบัติที่ได้รับการแก้ไขให้แคบลง

พิจารณาช่วงความยาวคลื่นที่เลือก การกระจายตัวของตะแกรง ความกว้างของรอยตัด ความคลาดเคลื่อนของแสง และขนาดพิกเซล หากช่วงครอบคลุม ∆ ทั่วทั้ง N พิกเซล ∆ ∆/N คือช่วงการสุ่มตัวอย่างเฉลี่ยโดยประมาณ การกระจายตัวอาจแตกต่างกันไปตามความยาวคลื่น ความกว้างของเส้นเครื่องมือสามารถครอบคลุมหลายพิกเซลและต้องวัดแยกกัน

สำหรับแถบ TA แบบกว้าง การสุ่มตัวอย่างที่ละเอียดมากอาจแยกโฟตอนออกเป็นพิกเซลจำนวนมากขึ้นโดยไม่ต้องเพิ่มข้อมูลที่เป็นประโยชน์ Binning สามารถปรับปรุงความแม่นยำได้ด้วยต้นทุนความหนาแน่นของการสุ่มตัวอย่าง สำหรับคุณสมบัติที่แคบหรือทับซ้อนกัน การสุ่มตัวอย่างที่ไม่เพียงพออาจบดบังการเปลี่ยนแปลงสเปกตรัมและกระทบต่อการมอบหมายงาน เลือกความละเอียดที่จำเป็นในการตอบคำถาม จากนั้นประเมินจำนวนโฟตอนต่อองค์ประกอบความละเอียด

ความยาวอาร์เรย์ ความสูงของพิกเซล และการแยกเส้นยังส่งผลต่อการเชื่อมต่อด้วยแสงด้วย Dual-line Array จำเป็นต้องวางสัญญาณและสเปกตรัมอ้างอิงให้ถูกต้องตลอดความยาว ความสูง และการแยกสัญญาณ ยืนยันเรขาคณิตของการถ่ายภาพด้วยสเปกโตรกราฟ แทนที่จะถือว่าการเปลี่ยนเครื่องตรวจจับเป็นแบบเปลี่ยนกลไกได้

เปรียบเทียบการกำหนดค่า Zephyrus โดยใช้การทดลองจริง

กลุ่มผลิตภัณฑ์ Zephyrus ของ Time Tech Spectra นำเสนอการผสมผสานที่แตกต่างกันของการครอบคลุมความยาวคลื่น อัตราเส้น และจำนวนพิกเซลสำหรับ TA เลือกการกำหนดค่าหนึ่งรายการโดยเทียบกับเลเซอร์และสเปกตรัมที่ต้องการ ค่าสูงสุดในกลุ่มไม่ได้อธิบายทุกรุ่น

ที่ เครื่องตรวจจับความเร็วสูง Zephyrus ประกอบด้วยการกระตุ้นภายนอกและการซิงโครไนซ์ระหว่างปั๊มกับโพรบ ตระกูลนี้มีเวอร์ชันบรรทัดเดียวและสองบรรทัด ดังนั้นโปรดยืนยันส่วนต่อท้ายที่เลือกและการจัดเรียงแบบออปติคอล การแลกเปลี่ยนระหว่างความเร็วกับพิกเซลสามารถมองเห็นได้ในรุ่นที่ระบุไว้: ตัวเลือกที่มองเห็นได้ 100 kHz มีพิกเซลน้อยกว่าตัวเลือกที่มองเห็นได้ 4 kHz ซึ่งจะดีกว่านั้นขึ้นอยู่กับอัตราเลเซอร์และการสุ่มตัวอย่างสเปกตรัมที่ต้องการ

รายละเอียดการกำหนดค่าหนึ่งรายการจำเป็นต้องได้รับการยืนยัน: V10D-1024 ปรากฏเป็น 200–1000 นาโนเมตรในตารางการจับคู่ระบบ และ 200–1100 นาโนเมตรในตารางข้อกำหนดหลัก อย่าตัดสินใจซื้อขอบแบนด์โดยยึดตามความแตกต่างที่ยังไม่ได้รับการแก้ไข ขอการตอบสนองเฉพาะรุ่นปัจจุบันและข้อมูลจำเพาะแบนด์ที่ใช้งานได้

สำหรับการบูรณาการเข้ากับก ระบบสเปกโทรสโกปี TA-PRO จับคู่เครื่องตรวจจับกับการสร้างโพรบและแถบสเปกตรัมที่เลือก เครื่องตรวจจับสเปกโทรสโกปีความเร็วสูงควรได้รับการประเมินโดยเป็นส่วนหนึ่งของห่วงโซ่การมองเห็นและการรับข้อมูลที่สมบูรณ์ รวมถึงปริมาณงานและเวลา แทนที่จะเป็นองค์ประกอบแบบแยกเดี่ยว

ใช้ลำดับการยอมรับแบบสั้น: ขั้นแรกให้ตรวจสอบการสอบเทียบความยาวคลื่นและความเป็นเส้นตรง บันทึกถัดไปคือสเปกตรัมมืดและถูกบล็อกด้วยปั๊มที่ความเร็วการทำงาน จากนั้นตรวจสอบการกำหนดสถานะพัลส์ ในที่สุดก็สามารถตรวจวัดตัวอย่างที่เป็นตัวแทนได้ตามเวลาที่ต้องการและโดยเฉลี่ย ระบุสถิติสัญญาณรบกวน ช่วงสเปกตรัม เงื่อนไขความล่าช้า และพิกเซลที่แยกออก เพื่อไม่ให้เข้าใจผิดว่าความไวที่โฆษณาไว้เป็นการรับประกันในทุกการทดสอบ

บทสรุป

เลือกเครื่องตรวจจับสเปกโทรสโกปีความเร็วสูงโดยรวมการตอบสนองความยาวคลื่นที่ใช้งานได้เข้ากับความจุประจุของโพรบ สัญญาณรบกวนที่วัดได้ การซิงโครไนซ์ และความละเอียดสเปกตรัม ซิลิคอนและ InGaAs แก้ปัญหาความต้องการความครอบคลุมที่แตกต่างกัน ในขณะที่อัตราเส้นและจำนวนพิกเซลต้องพอดีกับลำดับเลเซอร์และสเปกโตรกราฟ Time Tech Spectra บริษัทด้านสเปกโทรสโกปี นำเสนอการกำหนดค่า Zephyrus สำหรับการตรวจจับที่มองเห็นได้และการตรวจจับ NIR TA เปรียบเทียบรุ่นที่แน่นอนและการตั้งค่าเกน แก้ไขความคลุมเครือของขอบแบนด์ และตรวจสอบประสิทธิภาพกับตัวอย่างที่ต้องการ ผลลัพธ์ที่ได้คือสเปกตรัมดิฟเฟอเรนเชียลที่เสถียรและตรงเวลาอย่างถูกต้องในเงื่อนไขการรับข้อมูลที่ต้องการ

คำถามที่พบบ่อย

เครื่องตรวจจับสเปกโทรสโกปีความเร็วสูงช่วยปรับปรุงความละเอียดของเวลา TA หรือไม่

สามารถปรับปรุงความเร็วในการรับข้อมูลและการเรียงลำดับพัลส์ได้ ใน femtosecond TA แบบออปติคอล การตอบสนองยังคงขึ้นอยู่กับพัลส์ของปั๊มและโพรบ เสียงร้อง และรูปทรง

จำนวนพิกเซลสูงสุดจะดีกว่าเสมอหรือไม่?

ไม่ พิกเซลเพิ่มเติมสามารถลดโฟตอนต่อพิกเซลได้โดยไม่ต้องปรับปรุงความละเอียดของแสง จับคู่การสุ่มตัวอย่างกับสเปกโตรกราฟและคุณสมบัติที่ต้องแก้ไข

อาเรย์อ้างอิงสามารถกำจัดสัญญาณรบกวนเลเซอร์ได้หรือไม่

สามารถระงับความผันผวนของความสัมพันธ์ได้เมื่อจับคู่อย่างเหมาะสม สารตกค้างที่ไม่ตรงกัน เสียงช็อต และความแปรผันของตัวอย่างหรือปั๊มยังคงอยู่และจำเป็นต้องทำการวัด

ควรเปรียบเทียบความไวโดยไม่ต้องเสียเวลารับหรือไม่

ไม่ เปรียบเทียบความไวโดยใช้เวลาเฉลี่ย อัตราการทำซ้ำ การโหลดโพรบ ช่วงสเปกตรัม และสถิติสัญญาณรบกวนที่เท่ากัน มิฉะนั้นตัวเลขอาจอธิบายสภาวะการวัดที่แตกต่างกัน