Плата TCSPC и MCS с интерфейсом PCIe TimeHarp 260

TimeHarp 260 - это компактная, простая в использовании плата с корреляцией по времени для подсчета одиночных фотонов (TCSPC) и многоканальным масштабированием (MCS) для интерфейса PCIe. Он основан на пользовательском дизайне TDC, который обеспечивает сверхкороткое время простоя даже при высоких временных разрешениях. Плата доступна в двух версиях с базовым разрешением 25 л.с. (пикомодуль) или 250 л.с. (наномодуль). Высокое качество и надежность TimeHarp 260 подтверждаются уникальной ограниченной гарантией сроком на 5 лет.

Несколько входных каналов для очень гибкого использования

Каждая версия TimeHarp 260 доступна в различных конфигурациях с одним (ОДИНАРНАЯ версия) или двумя (ДВОЙНАЯ версия) независимыми каналами обнаружения и дополнительным общим входом синхронизации. Все они, включая вход синхронизации, могут использоваться как независимые каналы синхронизации для экспериментов по корреляции совпадений. В качестве альтернативы общий вход синхронизации может использоваться для TCSPC с источниками быстрого возбуждения. Затем другие входы могут использоваться в качестве независимых каналов детектора для TCSPC. В этом случае TimeHarp 260 позволяет выполнять прямой запуск-остановку при полной частоте повторения лазеров с блокировкой режима со стабильной частотой повторения до 100 МГц.

Модуль PICO для TCSPC с высоким разрешением

TimeHarp 260 PICO рассчитан на высокое временное разрешение. При цифровом разрешении 25 пс и временном джиттере <20 пс он хорошо соответствует временному разрешению большинства распространенных фотонных детекторов. Все входные каналы оснащены программно настраиваемыми дискриминаторами постоянной доли (CFD), чувствительными к падающему фронту. Сверхкороткое время простоя TimeHarp 260 PICO, составляющее <25 нс на канал, обеспечивает очень высокую скорость измерений. Наряду с чрезвычайно низкой дифференциальной нелинейностью прибора, может быть получено превосходное качество данных.

Временной диапазон гистограммы TimeHarp 260 PICO может быть увеличен до секунд с помощью дополнительного "режима дальнего действия". В этом режиме базовое разрешение платы переключается на 2,5 нс, а время простоя сокращается до <2,5 нс. Это позволяет изучать динамику от пикосекунд до секунд только с одной платы.

Наномодуль для MCS и корреляция практически без сбоев

TimeHarp 260 NANO рассчитан на предельно короткое время простоя при умеренном временном разрешении. Точно так же, как и модель PICO, ее можно использовать для сопоставления совпадений на всех входах или для TCSPC с триггером источника света, подключенным к входу синхронизации. Из-за короткого времени простоя и большого диапазона гистограмм он особенно подходит для классических многоканальных масштабировщиков (MCS). Программно настраиваемые дискриминаторы и переключатели полярности позволяют подключать TimeHarp 260 NANO к широкому спектру источников сигналов и триггеров. Возможность многократной остановки платы позволяет эффективно регистрировать долгоживущую флуоресценцию и затухания люминесценции с интервалом времени до секунд при соответственно низких скоростях возбуждения, но при очень высоких скоростях счета детекторов.

Регулируемая задержка в каждом входном канале

Каждый входной канал имеет внутреннюю регулируемую задержку в диапазоне ± 100 нс при разрешении 25 пс (модель PICO) или 250 пс (модель NANO). Эта уникальная функция устраняет необходимость в специально подобранных длинах кабелей или кабельных задержках для внесения изменений в экспериментальные установки.

Работа в качестве таймера

TimeHarp 260 - Снимок экрана онлайн-режима коррелятора 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. Внешние маркерные сигналы поддерживаются версиями с двумя каналами обнаружения и могут использоваться для синхронизации устройства с другим оборудованием, таким как сканеры, например, для получения изображений с сохранением флуоресценции (FLIM).

Программируемый запуск

TimeHarp 260 также оснащен триггерным выходом, который может генерировать импульсы с периодичностью от 0,1 мкс до 1678 с, что соответствует частоте повторения от 0,596 Гц до 10 МГц. Эту функцию можно, например, использовать для управления внешними лазерами.

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, например, там, где 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. TimeHarp 260 фактически поддерживает два разных режима временной маркировки, режим T2 и режим T3 - концепция, первоначально представленная в PicoHarp 300 и HydraHarp 400. 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 TimeHarp 260 функционально идентичны. Нет выделения одного канала для сигнала синхронизации. Все входы могут использоваться для подключения детекторов фотонов. 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, но не между каналами. 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 100 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

Обе двухканальные версии TimeHarp 260 поддерживают запись до четырех событий внешних маркеров в режимах TTTR, которые могут подаваться на прибор в виде сигналов TTL через соответствующий разъем SubD. Эти события записываются как часть потока данных TTTR. Это позволяет точно синхронизировать измерение TTTR практически с любым экспериментом. Наиболее важными приложениями этой функции являются создание изображений FLIM и FRET. Эта концепция используется в ультрасовременном микроскопе MicroTime 200 с временным разрешением.

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.