Первая в мире научная камера ORCA®-Quest, определяющая число фотонов

23 августа 2021 г.

Камера ORCA®-Quest C15550-20UP

Hamamatsu Photonics выпустила на рынок новую научную камеру ORCA-Quest® с невероятно низким уровнем шума, среднеквадратичное значение которого составляет 0,27 электрона, и с высоким разрешением в 9,4 мегапикселя.

ORCA®-Quest - это первая в мире камера на основе сенсора qCMOS®, способная разрешать число фотоэлектронов, используя новейшую специально разработанную технологию. qCMOS® (Quantitative CMOS) представляет собой КМОП-сенсор, способный регистрировать и определять число фотоэлектронов, как одиночных, так и множественных. При этом камера обеспечивает отличную количественную визуализацию.

 

 

Технические характеристики

  • Низкий уровень шума считывания - 0,27 электрона (в тихом режиме)
  • Высокая квантовая эффективность - 90% @ 475 нм (qCMOS® с обратной засветкой)
  • Высокая скорость считывания - 120 кадров/с @ 4096 x2304 пикс (16 бит)
  • Высокое разрешение - 4096 × 2304 пикс (9,4 Мп)
  • Размер пикселя - 4,6 мкм × 4,6 мкм
  • Динамический диапазон - 25 900:1 (в тихом режиме)

 

Особенности модели

1.Очень низкий уровень шума

Камера ORCA®-Quest создана для регистрации излучений слабой интенсивности. В соответствии с новой КМОП-технологией была разработана и сама камера, и уникальный сенсор. При этом была спроектирована и оптимизирована каждая часть сенсора – от внутренней структуры до электроники. В результате чего удалось достичь очень низкого уровня шума - 0,27 электрона. 

 

 

 2. Разрешение числа фотонов (PNR)

Свет - это скопление множества фотонов. Попадая в сенсор, фотоны преобразуются в электроны, которые называются фотоэлектронами. Разрешение числа фотонов - это способ точного измерения света путём подсчета фотоэлектронов.*

Для этого уровень шума камеры должен быть достаточно низким по сравнению с сигналом от фотоэлектрона. Обычные sCMOS камеры обеспечивают низкий уровень шума считывания, но он всё-таки выше сигнала от фотоэлектрона, что затрудняет подсчёт фотоэлектронов.

Камера ORCA®-Quest, используя уникальную технологию, считает фотоэлектроны и обеспечивает ультранизкий уровень шума считывания 0,27 электрона (в тихом режиме), температурную и временную стабильность, индивидуальную калибровку и коррекцию значения каждого пикселя в режиме реального времени.

* Разрешение числа фотонов - это не одно и то же, что счёт фотонов (более точное название - разрешение числа фотоэлектронов. Но так как сравнение идёт со счётом одиночных фотонов вместо счёта одиночных фотоэлектронов, мы будем использоваться термин «разрешение числа фотонов».)

 

 3. Структура с обратной засветкой и высокое разрешение

Высокая квантовая эффективность необходима, чтобы обеспечивать высокую эффективность регистрации фотонов, и достигается за счёт использования структуры с обратной засветкой.

В обычных сенсорах с обратной засветкой из-за отсутствия разделения между пикселями возникают перекрёстные помехи, и их разрешение, как правило, хуже, чем у сенсоров с фронтальной засветкой. Сенсоры qCMOS® камеры ORCA®-Quest имеет структуру с обратной засветкой, которая даёт высокую квантовую эффективность, и межпиксельные каналы, которые снижают перекрестные помехи.

 

 4. Большое количество пикселей и высокая скорость считывания

 Для получения изображений, формируемых на уровне счёта фотонов, обычно используются камеры с электронным умножением, например, EM-CCD камеры с разрешением около 0,3 Мп. Камера ORCA®-Quest позволяет формировать изображения не только на уровне счёта фотонов, но также и на уровне разрешения числа фотонов с разрешением 9,4 Мп.

К тому же неверно сравнивать скорости считывания камер с разным числом пикселей по частоте кадров. В этом случае используется пиксельная скорость (количество пикселей × частота кадров), т.е. число считываемых пикселей в секунду. До настоящего времени самой быстрой камерой, способной регистрировать одиночные фотоны, была EM-CCD камера, имеющая скорость около 27 Мп/с. Камера ORCA®-Quest позволяет формировать изображения в режиме разрешения числа фотонов со скоростью около 47 Мп/с, что в почти два раза выше.

 

 

ПРИМЕНЕНИЯ

Способность камеры ORCA-Quest определить число фотонов открывает новые возможности для широкого спектра областей.

Квантовые технологии

Нейтральный атом, ионная ловушка

Нейтральные атомы и ионы можно рассматривать как так называемые кубиты, потому что они способны принимать состояние суперпозиции, при котором даже один атом обладает несколькими характеристиками. Эта характеристика активно исследуется для реализации квантовых вычислений и квантового моделирования. Наблюдение за флуоресценцией захваченных ионов и нейтральных атомов позволяет определить квантовое состояние кубита, для чего и используется камера с низким уровнем шума.  

 

 

Астрономия

Метод удачных экспозиций

При наблюдении за звездами с земли из-за воздействия атмосферной турбулентности изображения звезд часто получаются нечеткими и размытыми. Метод удачных экспозиций – это способ визуализации путём получения большого количества кадров и объединения только самых четких при их выравнивании.

 

 

  

Рамановская спектроскопия

Рамановское рассеяние света - это рассеяние света на длине волны, отличной от длины волны падающего света, а рамановская спектроскопия - это метод определения свойств материала путем измерения этой длины волны. Рамановская спектроскопия позволяет проводить структурный анализ на молекулярном уровне, который предоставляет информацию о химической связи, кристалличности и пр.

 

 

 

 

  

Замедленная флуоресценция растений

Растения выделяют очень небольшую часть световой энергии, которую они поглощают для фотосинтеза, в виде света в течение определенного периода времени. Это явление известно как замедленная флуоресценция. Обнаруживая этот слабый свет, можно наблюдать воздействие на растения химических веществ, патогенов, окружающей среды и других факторов.

 

 

 

 

 

Получить более подробную информацию или техническую консультацию по представленной продукции, а также оформить заказ, можно по телефону +7 (812) 245-65-85, электронной почте yeopto@yephotonics.ru или через форму обратной связи в разделе "Контакты".