APD,PMT和CCD的介紹

Azure Biosystems 公司是一家創(chuàng)新型服務(wù)于生命科學(xué)領(lǐng)域的的公司，成像產(chǎn)品體現(xiàn)了創(chuàng)新、高技術(shù)和顛覆性的精神。在原來C系列多功能成像系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，我們推出了Azure Sapphire雙模式多光譜激光成像系統(tǒng)。采用每個(gè)通道用專屬的檢測器，PMT用于藍(lán)光和磷屏掃描成像，3個(gè)獨(dú)立的APD檢測器分別用于綠光、紅光和近紅外熒光掃描檢測，同時(shí)具有CCD檢測器用于超高靈敏化學(xué)發(fā)光的檢測。

為什么sapphire每個(gè)通道要用專屬的檢測，優(yōu)勢是什么?

光電倍增管（PMT）和雪崩光電二極管（APD）是用在掃描成像系統(tǒng)中常用的光學(xué)元件。

PMT檢測器：是光子技術(shù)器件中的一個(gè)重要產(chǎn)品，它是一種具有極高靈敏度和超快時(shí)間響應(yīng)的光探測器件。光電倍增管是一種真空器件。它由光電發(fā)射陰極（光陰極）和聚焦電極、電子倍增極及電子收集極（陽極）等組成。當(dāng)光照射到光陰極時(shí)，光陰極向真空中激發(fā)出光電子。這些光電子按聚焦極電場進(jìn)入倍增系統(tǒng)，并通過進(jìn)一步的二次發(fā)射得到的倍增放大。然后把放大后的電子用陽極收集作為信號輸出。因?yàn)椴捎昧硕�次發(fā)射倍增系統(tǒng)，PMT在300-500nm范圍內(nèi)，信噪比最佳，量子轉(zhuǎn)換效率最大，但在紅外和近紅外區(qū)域量子轉(zhuǎn)換率極低，信噪比低。所以光電倍增管在探測紫外、可見光中藍(lán)色光，具有極高的靈敏度和極低的噪聲（圖1）。Sapphire在藍(lán)光區(qū)使用PMT檢測器，量子轉(zhuǎn)換率高，以獲得更高的靈敏度。

PMT檢測器

光譜效應(yīng): 300 to 850nm 

最大量子轉(zhuǎn)換效率: 420nm處

圖1

APD檢測器：是在激光通信中使用的光敏元件。在以硅或鍺為材料制成的光電二極管的P-N結(jié)上加上反向偏壓后，射入的光被P-N結(jié)吸收后會形成光電流。加大反向偏壓會產(chǎn)生“雪崩”（即光電流成倍地激增）的現(xiàn)象，因此這種二極管被稱為“雪崩光電二極管”。APD在400-1100nm 波長范圍內(nèi)具有比PMT更高的量子轉(zhuǎn)換效率和更高靈敏度的硅光電檢測器，并且這種擴(kuò)展的光譜響應(yīng)可用于擴(kuò)展掃描系統(tǒng)的工作波長范圍(圖2)，APD探測器比真空管PMT小，在高壓偏壓下工作的APD也具有類似于PMT的內(nèi)部增益機(jī)制，對每個(gè)初始光電子產(chǎn)生大的輸出電流。APD檢測器特點(diǎn)具有超低噪聲、高速、高互阻抗增益，靈敏度高等特點(diǎn)，因此主要用于可見光紅綠熒光和近紅外熒光的檢測。所以Sapphire配有3個(gè)獨(dú)立的APD的檢測器，用于長波長的檢測，信噪比更好，檢測靈敏度更高。

圖2.Quantum efficiency of the APD and PMT detectors. The bars on the lower axis indicate the typical excitation wavelengths at 405 nm, 488 nm, 532 nm, 632 nm, and 785 nm. The range of emission wavelengths of commercial dyes and the emission peaks of the quantum dots are shown at the top of the figure.

(《A Comparison of Avalanche Photodiode and Photomultiplier Tube Detectors》，William G. Lawrencea, Gyula Varadia,2008,)

現(xiàn)在商業(yè)的掃描成像系統(tǒng)僅有掃描一種檢測檢測方式，sapphire雙模式多光譜激光成像系統(tǒng)的問世，打破了這樣的格局，sapphire除了掃描成像方式外，標(biāo)配了610萬像素，大光圈的強(qiáng)制冷CCD檢測器進(jìn)行全光譜成像，用于高靈敏化學(xué)發(fā)光檢測中。因?yàn)榛瘜W(xué)發(fā)光是信號積累的過程，如果使用掃描方式進(jìn)行成像，信號不是同步進(jìn)行采集成像，信號損失嚴(yán)重。

CCD(Charge Coupled Device)是電荷藕合器件圖像傳感器。它使用一種高感光度的半導(dǎo)體材料制成，能把光線轉(zhuǎn)變成電荷，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，可以輕而易舉地把數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)，并借助于計(jì)算機(jī)的處理手段，根據(jù)需要和想像來修改圖像。CCD由許多感光單位組成，通常以百萬像素為單位。當(dāng)CCD表面受到光線照射時(shí)，每個(gè)感光單位會將電荷反映在組件上，所有的感光單位所產(chǎn)生的信號加在一起，就構(gòu)成了一幅完整的畫面。

Azure Sapphire是給客戶三種探測器，使他們的樣品不會在任何極端的檢測環(huán)境下而使樣品信息缺失。實(shí)現(xiàn)無與倫比的靈敏度和獲得高質(zhì)量圖片。