高级时间相关单光子计数技术

序

译者序

中文版序

Preface to Chinese Edition

原书序

术语及符号列表

第1章 光信号记录

第2章 光子计数技术概论

2.1 稳态光子计数

2.2 门控光子计数

2.3 多通道计数器

2.3.1 直接累加的高速多路计数器

2.3.2 事件记录

2.4 TCSPC技术

2.4.1 基本原理

2.4.2 TCSPC的典型装置

2.4.3 反转启一停

第3章 多维TCSPC技术

3.1 多探测器TCSPC

3.2 多路复用TCSPC

3.3 序列记录技术

3.4 扫描技术

3.5 位置敏感探测成像

3.5.1 基于电荷分配的技术

3.5.2 基于脉冲延时的技术

3.6 时间一标签记录

3.7 多模块系统

第4章 高级TCSPC系统的组成模块

4.1 恒比鉴别器

4.2 时间测量模块

4.2.1 基于高速TAC-ADC原理的时间测量技术

4.2.2 数字化TDC

4.2.3 正弦波转换

第5章 现代TCSPC技术的应用

5.1 传统的荧光寿命实验

5.1.1 时间分辨荧光

5.1.2 荧光寿命光谱仪

5.1.3 荧光的去偏振效应

5.1.4 再吸收和再发射

5.1.5 高效探测系统

5.1.6 仪器响应函数的测量

5.1.7 最短可测的荧光寿命

5.1.8 荧光各向异性

5.1.9 时间分辨光谱

5.2 多光谱荧光寿命实验

5.3 激发波长多路复用

5.4 瞬态荧光寿命现象

5.4.1 叶绿素瞬态荧光

5.4.2 连续流混合技术

5.4.3 停流技术

5.5 扩散光学层析与光子迁移

5.5.1 扩散光学层析原理

5.5.2 乳房扫描层析成像

5.5.3 脑成像

5.5.4 肌肉与骨骼的研究

5.5.5 外源性吸收体

5.5.6 荧光

5.5.7 小动物成像

5.5.8 基于TCSPC的DOT的技术要点

5.6 生物组织的自体荧光

5.6.1 用多光谱TCSPC探测自体荧光

5.6.2 双光子自体荧光

5.6.3 眼科成像

5.7 TCSPC激光扫描显微技术

5.7.1 激光扫描显微镜

5.7.2 用于激光扫描显微的寿命成像技术

5.7.3 多维TCSPC的实现

5.7.4 多光谱FLIM

5.7.5 高计数率系统

5.7.6 用TCSPCFLIM测量FRET

5.7.7 TCSPC激光扫描显微镜的技术细节

5.8 其他TCSPC显微技术

5.8.1 基于样品台扫描的TCSPC寿命成像

5.8.2 显微荧光测定法

5.8.3 时间分辨扫描近场光学显微技术

5.8.4 TcSPC宽场显微技术

5.9 皮秒光子相关性

5.9.1 反聚束实验

5.9.2 应用细节

5.10 荧光相关光谱技术

5.10.1 基于TCSPC的FCS／寿命复合实验

5.10.2 激光扫描显微镜中的FCS

5.10.3 应用技巧

5.11 相关技术的复合

5.11.1 皮秒相关与FCS的结合

5.11.2 探测器时延信号的相关

5.11.3 TCSPC模块的同步

5.12 光子计数直方图

5.13 时间分辨单分子光谱

5.13.1 (光子)爆发-积分荧光寿命实验

5.13.2 单分子识别

5.13.3 单分子的多参量光谱分析

5.14 TCsPC的其他应用

5.14.1 基于二极管激光器激发的双光子荧光

5.14.2 遥感

5.14.3 激光测距

5.14.4 正电子寿命实验

5.14.5 阻挡放电的诊断

5.14.6 声致发光

5.14.7 TCSPC示波器

第6章 用于光子计数的探测器

6.1 探测器原理

6.1.1 传统的光电倍增管

6.1.2 通道和微通道PMT

6.1.3 位置敏感PMT

6.1.4 单光子雪崩光电二极管

6.1.5 混合型PMT

6.1.6 其他探测器原理

6.2 探测器的特性

6.2.1 增益

6.2.2 单电子响应

6.2.3 信号渡越时间

6.2.4 渡越时间涨落

6.2.5 脉冲振幅抖动

6.2.6 阴极效率

6.2.7 暗计数率

6.2.8 脉冲后效应的概率

6.2.9 预脉冲

6.3 PMT参数的测量

6.3.1 单电子响应

6.3.2 渡越时间涨落

6.3.3 脉冲幅值分布

6.3.4 脉冲后效应几率

6.3.5 光照灵敏度和量子效率

6.4 所选探测器的光子计数性能

6.4.1 MCP-PMT

6.4.2 带有GaAs阴极的制冷PMT模块

6.4.3 带有内部鉴别器的PMT模块

6.4.4 TO-8封装中的微型PMT

6.4.5 光传感器模块

6.4.6 多阳极PMT

6.4.7 线聚焦PMT

6.4.8 侧窗式PMT

6.4.9 通道光电倍增管

6.4.10 单光子雪崩光电二极管

第7章 TCsPC实验的实际操作

7.1 激发光源

7.2 光学系统

7.2.1 透镜

7.2.2 滤光片

7.2.3 分束镜

7.2.4 单色仪和多色仪

7.2.5 光纤

7.2.6 光学系统中的反射

7.2.7 挡板、孔径光阑和视场光阑

7.2.8 探测器

7.2.9 探测器的选择

7.2.10 PMT的快速检测

7.2.11 与信号有关的背景噪声

7.2.12 PMT的不稳定性

7.2.13 定时稳定性

7.2.14 PMT的分压器

7.2.15 前置放大器

7.3 探测器的控制和过载保护

7.4 产生同步信号

7.5 系统连接

7.5.1 连接器系统

7.5.2 电缆

7.5.3 衰减器和功率分配器

7.5.4 屏蔽和接地

7.6 安全事项

7.7 TcSPC系统参数的设置

7.7.1 探测器通道中cFD的优化

7.7.2 参考CFD

7.7.3 调节探测器和参考通道中的延迟

7.7.4 选择TAc参数

7.8 微分非线性

7.9 TCSPC系统的计数损失

7.9.1 经典的堆积效应

7.9.2 计数损失

7.9.3 与死时间相关的信号失真

7.10 时问标尺的校准

第8章 结语

参考文献

英汉词汇对照

彩图

《高级时间相关单光子计数技术》系统论述了高级时间相关单光子计数（TCSPC）技术的基本原理、实现方法和系统组成，以及该技术在时间分辨激光扫描显微、单分子光谱、光子关联实验和生物组织扩散光层析中的最新应用，重点介绍了该技术所用的光子计数探测器的种类、特点、性能参数以及测量方法等。同时，《高级时间相关单光子计数技术》还对如何建造TCSPC实验系统给出了实际的指导，包括选择和使用探测器、探测器的使用安全、预放以及TCSPC器件的控制特征和优化操作条件等。《高级时间相关单光子计数技术》深入浅出，既把握了TCSPC的最新发展趋势，又从使用的角度介绍了很多宝贵的经验，对所有需要在皮秒和纳秒级范围内从事微弱光信号记录的研究和开发人员来说是必不可少的工具。
　　《高级时间相关单光子计数技术》可供从事生物学、化学、医学、工学、理学等相关应用领域，尤其是从事生物医学光子学研究的学者、工程技术人员、研究生和高年级本科生参考。