Многоканальный пикосекундный таймер событий и модуль TCSPC HydraHarp 400

HydraHarp 400 - это высокопроизводительный, простой в использовании анализатор временных интервалов (TIA) "подключи и играй" и система коррелированного по времени счета одиночных фотонов (TCSPC) с возможностью масштабирования для нескольких каналов (защищена патентом DE 10 2008 004 549). Подключается к ПК через высокоскоростной интерфейс USB 3.0. Высокое качество и надежность HydraHarp 400 подтверждаются уникальной 5-летней ограниченной гарантией.

Несколько входных каналов для очень гибкого использования

HydraHarp 400 - Многоканальный модуль TCSPC (небольшой вариант с 4 каналами) HydraHarp 400 доступен в различных размерах, которые позволяют устанавливать до 4 или до 8 идентичных синхронизированных, но независимых входных каналов. Они могут использоваться как входы детектора для экспериментов по корреляции совпадений или как независимые входы остановки для TCSPC. Для TCSPC с быстродействующими источниками возбуждения предусмотрен специальный общий вход синхронизации. Это позволяет выполнять прямой запуск-остановку при полной частоте повторения лазеров с блокировкой режима со стабильной частотой повторения до 150 МГц. Эксперименты с низкой частотой повторения выигрывают благодаря возможности HydraHarp выполнять несколько остановок.

Независимые каналы, разрешение 1 пс

Конструкция HydraHarp 400 обеспечивает высокую скорость измерений до 12,5 миллионов отсчетов в секунду на канал и обеспечивает высокостабильное разрешение по времени, откалиброванное кристаллом, равное 1 пс. Наряду с чрезвычайно низкой дифференциальной нелинейностью прибора может быть получено превосходное качество данных. В качестве специальной функции для синхронизации внутренних часов с другими устройствами синхронизации можно использовать внешнюю временную базу. Временное разрешение прибора хорошо соответствует даже самым быстрым детекторам, доступным в настоящее время: детекторам SPAD серии PDM или микроканальным пластинчатым фотоумножителям (MCP). Все входные каналы оснащены дискриминаторами постоянной доли (CFD), чувствительными к падающему фронту.

Регулируемая задержка в каждом входном канале

HydraHarp 400 - снимок экрана коррелятора FCS, входящего в комплект программного обеспечения. HydraHarp 400 предлагает 65536 ячеек гистограммы на входной канал и позволяет собирать более 4 миллиардов отсчетов (32 бита) на ячейку. Каждый входной канал даже имеет внутреннюю регулируемую задержку в диапазоне ± 100 нс при разрешении 1 пс. Эта уникальная функция устраняет необходимость в специально подобранных длинах кабелей или задержках кабелей для различных экспериментальных установок.

Работа в качестве таймера

Режим с временной меткой для записи отдельных фотонных событий с указанием времени их прибытия по всем каналам позволяет проводить наиболее сложный автономный анализ динамики фотонов. Данные с временной меткой и разрешением по времени (TTTR) также могут быть сопоставлены в режиме реального времени для мониторинга экспериментов FCS со скоростью счета до 1 000 000 отсчетов в секунду. В режиме TTTR устройство может быть синхронизировано с другим оборудованием, таким как сканеры.

Технические характеристики:

Режим с временной меткой и разрешением по времени (TTTR) позволяет записывать отдельные события подсчета непосредственно на жесткий диск или в память компьютера. Время каждого фотона фиксируется как запись события без какого-либо предварительного сокращения данных (например, при формировании гистограмм на борту). Этот режим особенно интересен там, где, например, необходимо углубленно исследовать динамику процесса флуоресценции. Наличие полной временной информации позволяет идентифицировать вспышки фотонов, что имеет большое значение, например, для спектроскопии отдельных молекул в потоке жидкости. Другими типичными областями применения являются корреляционная спектроскопия флуоресценции (FCS) и измерения времени жизни пакетной интегрированной флуоресценции (BIFL). Вместе с соответствующим контроллером сканирования режим TTTR также подходит для получения изображений со сверхбыстрой флуоресценцией в течение всего срока службы (FLIM) с неограниченным размером изображения. Приложениями, выходящими за рамки флуоресцентной спектроскопии, являются, например, анализ временных интервалов, квантовая оптика и связанные с ними базовые исследования. HydraHarp 400 фактически поддерживает два разных режима временной маркировки, режим T2 и режим T3 - концепция, первоначально представленная в PicoHarp 300. Они немного отличаются по использованию входных каналов, и с помощью подходящего режима можно охватить очень широкий спектр применений.

Режим T2

В режиме T2 все сигнальные входы HydraHarp 400 функционально идентичны. Нет выделения одного канала для синхросигнала. Все входы могут использоваться для подключения фотонных детекторов. События со всех каналов записываются независимо и обрабатываются одинаково. В каждом случае генерируется запись события, содержащая информацию о канале, с которого оно поступило, и времени прибытия события относительно общего начала измерения. Если временная метка переполняется, в поток данных вставляется специальная запись маркера переполнения, так что при обработке потока данных теоретически бесконечный промежуток времени может быть восстановлен с полным разрешением. Время простоя существует только внутри каждого канала (тип 80 нс), но не по всем каналам. Следовательно, взаимные корреляции могут быть рассчитаны с точностью до нулевого времени задержки. Это позволяет реализовать новые мощные приложения, такие как FCS, со временем задержки от пикосекунд до часов с помощью одного прибора. Автокорреляции также могут быть рассчитаны с полным разрешением, но, конечно, только начиная с времени задержки, превышающего время ожидания.

Режим T3

Режим T3 специально разработан для использования периодических сигналов синхронизации от импульсных лазеров с высокой частотой повторения до 150 МГц. Этот сигнал подключается к выделенному каналу синхронизации. Что касается экспериментальной установки, то она аналогична классической TCSPC в режиме гистограммирования. В дополнение к пикосекундному времени запуска-остановки записывается номер канала, и каждое событие помечается по времени относительно начала эксперимента. Временная метка получается простым подсчетом синхроимпульсов. Таким образом, из записей событий режима T3 можно точно определить, к какому периоду синхронизации относится событие photon. Поскольку период синхронизации также известен точно, это, кроме того, позволяет реконструировать время прибытия фотона по отношению к общему времени эксперимента. Если счетчик переполняется, в поток данных вставляется специальная запись маркера переполнения, так что при обработке потока данных может быть восстановлен теоретически бесконечный промежуток времени.

Внешние маркеры событий

Оба режима TTTR поддерживают запись до четырех событий внешних маркеров, которые могут подаваться на прибор в виде сигналов TTL через переднюю панель. Эти события записываются как часть потока данных TTTR. Это позволяет точно синхронизировать измерение TTTR практически с любым экспериментом. Наиболее важными приложениями этой функции являются визуализация FLIM и FRET. Эта концепция используется в ультрасовременном конфокальном микроскопе с временным разрешением MicroTime 200.

Поддержка программного обеспечения

Программное обеспечение для сбора данных, поставляемое с прибором, поставляется с богатым набором демонстрационных программ, которые позволяют пользователям писать свои собственные программы анализа и отображения данных TTTR. Пользователи, предпочитающие использовать стандартные алгоритмы анализа данных "из коробки", могут захотеть рассмотреть мощный программный пакет SymPhoTime 64. Он реализует широкий спектр современных алгоритмов анализа для FLIM, FCS и FRET, и это лишь некоторые из них. Анализ корреляций фотонов, например, для определения корреляции совпадений или подсчета совпадений, лучше всего выполнять с помощью программного пакета QuCoa.