20 Aug
应用分享 | 用于快速瞬态等离子体诊断的sCMOS门控成像探测器
挑战背景
科研级ICCD用于及时取样并准确重建瞬态等离子体动力学的化学特性和分布。研究等离子体，如激光诱导、射频或电感耦合、介质阻挡放电等离子体，以得出基本属性，如电子温度和密度。重要的是，ICCD可以通过门控像增强器，实现纳秒级时间分辨率，有效地将纳秒级的瞬态现象 “冻结“。此外，ICCD可以非常精确地移动这个门（<2纳秒），以获得连续、高精度的等离子体行为和阶段的快照。为了准确地对等离子体这样的快速瞬变现象进行成像，成像平台必须克服几个关键的实验挑战：
英国拉夫堡大学等离子体和脉冲功率小组的Jessica Stobbs、Bucur Novac和Peter Senior使用Andor iStar sCMOS相机观察到水下放电的等离子体流光动力学。
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大数据采集 – 瞬态等离子体的重建需要采集数百或数千次的成像周期。这可能会导致数据采集时间过长。
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超快现象 – 等离子体的短纳秒寿命需要超快快门来连续成像形成动态。如果不能满足这一需求，就会导致图像出现条纹或无法捕捉等离子体形成周期的每个阶段。
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低光强度 – 某些等离子体结构发出的光特别弱，因此需要单光子灵敏度来正确显示更精细的细节。
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精细结构 – 为了充分捕捉等离子体形成的所有复杂特征，需要高分辨率芯片的探测器。
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过饱和 – 等离子体，如介质阻挡放电等离子体，在整个等离子体表面的光强会有明显的变化，这可能导致相机芯片的过度饱和。为了避免这种情况，相机必须具有高动态范围，以便在一幅图像中同时捕捉微弱和明亮的信号。
目前的时间分辨门控技术，如CCD、Interline CCD和EMCCD的相机，由于其帧频低和动态范围有限而受到限制。低帧频会导致较长的实验时间。此外，有限的动态范围意味着，如果实验过程中要同时捕捉微弱或明亮的光学信号时需要作出妥协。
技术解决方案
门控像增强型sCMOS相机为等离子体成像提供了技术解决方案。像增强器与sCMOS相机相连接，将增强器管的超快纳秒级时间分辨率与sCMOS技术的高帧频和动态范围相结合。为等离子体成像和诊断提供了多功能解决方案，同时提供了高速和高动态范围，以最大限度地减少实验时间并避免过度饱和。
ANDOR相机用于瞬态等离子体成像的解决方案
AND0R推荐快速、高动态范围的iStar sCMOS相机系统用于瞬态等离子体成像应用。iStar sCMOS提供<2 ns的门控速度和50 fps的快速全帧速度，并配有550万像素高分辨率的传感器。低读出噪声（2.5e-）加上大电荷满阱，实现16位的动态范围。此外，在光谱和裁剪模式下，帧频可以达到4000Hz，也适合等离子体光谱应用，如汤姆森散射、OES和LIBS。ANDOR还提供一系列像增强型CCD，适合光谱学和较慢成像的应用。
对等离子体和iStar sCMOS的关键成像要求的回顾：
关键要素 |
瞬态等离子体成像解决方案：iStar sCMOS |
速度 |
iStar sCMOS的sCMOS技术所带来的高帧频尤其适合快速等离子体诊断应用，其全幅帧频高达50 fps，提供超高数据采集速率，同时最大限度地提高实验效率。此外，通过裁剪或像素合并模式，帧频可大幅提高至4008赫兹。 |
时间分辨率 |
iStar sCMOS提供了<2 ns的超快时间分辨率门控，可以捕捉到最快速的等离子体形成机制。 |
灵敏度 |
iStar sCMOS的像增强器具有单光子灵敏度，其内置的可配置微通道板能够放大入射光子的信号以克服本底噪声。多种增强器可以根据感兴趣的波长范围来优化量子效率和灵敏度。 |
空间分辨率 |
iStar sCMOS相机的550万像素规格能够以高空间分辨率采集到所有数据。 |
动态范围 |
iStar sCMOS提供高动态范围，能够在同一图像中捕捉等离子体形成的高强度和低强度特征，适用于光强分布不均匀的等离子体应用。 |
探索更多ANDOR成像解决方案的信息
- 适用于超快时间分辨成像应用和光谱学的快速、门控、高动态范围ICCD和sCMOS技术。
- 适用于所有物理科学和天文学应用的快速高灵敏sCMOS相机。
- 用于弱光成像的超灵敏EMCCD技术。
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- 高分辨率、高通量的光谱仪解决方案，拥有创新和用户友好的特点。
- 高动态范围CCD和InGaAs光谱型相机技术，该技术结合了低噪声和高灵敏度，并从UV到SWIR可选。
- 结合单光子灵敏度、超高QE和快速采集率的超灵敏光谱相机技术。
