BLAZE科学CCD在光谱应用中的卓越表现（三）

BLAZE®科学CCD相机的突破性技术极大地提高了近红外量子效率，实现了卓越的定量光谱测量。BLAZE®科学CCD

Teledyne Princeton Instruments BLAZE传感器，可在CCD平台上提供超高的近红外量子效率、超快的光谱速率和极深的热电冷却。较低的暗噪声，结合低读出噪声电子器件的使用，提高了信噪比，并进一步提高了灵敏度。

BLAZE探测器的应用包括纳米技术、2D材料、碳材料、生物传感和生命科学。这些新一代相机使用拉曼光谱、光致发光光谱、荧光光谱以及显微光谱和泵浦探测光谱等测量技术，为科学家提供了极致的性能。

BLAZE 特性

BLAZE的采集速度

新BLAZE平台采用了CCD探测器中可用的最快ADC速度（见图1）。LD型号可以使用双10 MHz读出端口运行，而HR相机具有双16 MHz读出端口。这使得全垂直转移时的光谱速率达到前所未有的1600 spectra/s，在动力学模式下运行时达到215 kHz，这对于在相干反斯托克斯拉曼光谱（CARS）、尖端增强拉曼光谱（TERS）和生物活体拉曼光谱等时间分辨研究中与超快激光同步是至关重要的。

图1：BLAZE HR和LD型号提供的速度是用于光谱学的其他CCD相机无法比拟的。

BLAZE传感器的独特设计还允许探测器利用Teledyne Princeton Instruments独有的SeNsR功能：芯片双向时钟和信号积累。使用SeNsR，电荷（即信号）可以在CCD上移动，而无需读取数据。这项创新让BLAZE探测器在泵浦探测实验期间以半锁定模式运行，以提高信噪比并改善微光检测。

深度TEC制冷

所有BLAZE摄像头均采用Teledyne Princeton Instruments专有的ArcTecTM技术，深度TEC制冷，允许在室温条件下制冷至-95°C（见图2），无需冷却器或液体辅助，以实现低暗电流性能。

图2： BLAZE探测器使用ArcTec技术在室温条件下实现-95°C冷却，无需冷却器或液体辅助。

ArcTec使用定制设计的珀耳帖器件、先进的多级热电冷却和永久性全金属超高真空密封，为光谱CCD实现前所未有的冷却性能。系统可靠性以终身真空保证为后盾。借助ArcTec，BLAZE探测器甚至可以利用接近室温（即+20°C）的液体辅助，提供无冷凝的真正100°C冷却。

应注意的是，通常当制造商声称-100°C操作时，需要使用+10°C冷却液，这极有可能在探测器内部形成有害结霜，最终影响传感器的制冷能力。

BLAZE探测器获得的极低CCD温度可降低暗电流，从而延长曝光时间，并具有优异的微弱光检测能力。

智能的光谱软件

BLAZE与LightField软件的无缝衔接（见图3）集成了系统控制、数据采集和光谱数据处理等诸多功能。此功能强大的64位软件包可在Microsoft®Windows®10上运行，并提供LabVIEW®（National Instruments）和MATLAB®（MathWorks）支持。对于多用户的使用情况，LightField可以记住每个用户的实验配置。

图3：LightField软件可完全控制所有Teledyne Princeton Instruments相机和光谱仪。

LightField的主要功能包括通过自动保存到磁盘、时间戳和保留原始数据和更正数据实现可靠的数据完整性；将SeNsR新技术集成到锁定和泵探头实验中；LightField Math，它允许将简单和复杂的数学函数应用于实时或存储的数据，同时还提供了一个易于使用的编辑器来创建公式；易于导出为多种文件格式，包括TIFF、FITS、ASCII、AVI、IGOR和Origin；实时数据处理操作，对传入数据进行实时评估，以优化实验参数。

BLAZE 应用

BLAZE探测器非常适合各种光谱技术，包括拉曼光谱、光致发光、荧光、发射、吸收、显微光谱（例如显微拉曼和显微光致发光）和高光谱成像。BLAZE的应用包括纳米颗粒、纳米线、碳纳米管、医疗/生物医学样品、半导体、药物和许多其他材料。下面是基于BLAZE平台令人印象深刻的三个实用示例

应用案例#1 生命科学/相干反斯托克斯拉曼散射

利用相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）和飞秒激光脉冲进行非线性光谱分析是化学分析和生物成像的有力工具。多元CARS是一项重要的技术，其超宽带频谱覆盖范围3000 cm−1、优化激光源的峰值强度和重复频率被认为是多元CARS的关键因素。

最近，日本筑波大学的Hideaki Kano教授报告，在活HeLa细胞培养周期的不同阶段都获得了清晰的分子指纹（见图4）。卡诺博士和他的同事利用BLAZE相机平台与高通量Teledyne Princeton Instruments LS-785光谱仪相结合提高了灵敏度和光谱速率。他们能够显著提高光谱质量，LightField以超高光谱速率可靠地存储了一小时采集的所有原始数据。

图4：（a）红色X in（b）位置聚苯乙烯珠的原始强度未修正CARS光谱；有效曝光时间为0.8毫秒。数据由Hideaki Kano教授（日本筑波大学）提供。首次发表于APL Photonics 3，092408（2018）；https://doi.org/10.1063/1.5027006.

应用案例#2 拉曼光谱

拉曼光谱是一种有用的非侵入性技术，用于癌症检测和其他临床研究。BLAZE探测器卓越的近红外量子效率和快速光谱速率允许更快的诊断和更低的检测限（见图5）。为了尽量减少自荧光的干扰和/或最大限度地提高对组织样品的穿透深度，研究人员越来越关注近红外光谱技术，因此迫切需要具有高近红外量子效率的低噪声探测器。

图5：使用785 nm激发，当前先进的深度耗尽CCD（蓝线）和BLAZE（橙线）从皮肤样品获得的拉曼光谱。测量结果表明，BLAZE相机在近红外光谱区域的效率有所提高。数据由Anita Mahadevan Jansen教授（美国范德比尔特大学）提供。

应用案例#3材料科学/纳米技术/二维材料研究

石墨烯的发现开创了二维材料的研究领域，这种材料的厚度只有几层（甚至是单层）原子。石墨烯、六方氮化硼和二维过渡金属二卤化物（如MoSe2或WSe2）等材料可以结合起来，形成光电子器件，并在这些材料中研究量子光学。近红外光谱区量子效率最高的探测器通过测量这些器件的光致发光来促进研究（见图6）。

图6：基于二维过渡金属二卤化物的量子异质结构的激子光致发光光谱。当用激光照明时，会产生激子（束缚电子-空穴对），可以从光谱上进行研究。在本实验中，BLAZE HR传感器产生的峰值强度比当前先进的深度耗尽CCD高4-5倍，具体取决于PL发射波长。数据由Park Hongkun教授和Philip Kim教授（美国哈佛大学）提供。

杰出的实用性

BLAZE CCD相机将高近红外灵敏度和快速光谱速率的特性相结合，能够获取以前无法获得或很难获得的定量光谱数据。除了非常适合在生命科学和材料科学领域工作的研究人员之外，这些相机还适用于OEM系统的设备制造商。

BLAZE探测器与所有Teledyne Princeton Instruments光谱仪完全兼容，包括SpectraPro HRS系列和屡获殊荣的Isolane®成像光谱仪（见图7）。功能强大的64位LightField软件可供选择。

图7:BLAZE相机与Isolane®成像光谱仪.

审核编辑 黄宇