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奥林巴斯显微镜电子光探测器,光电倍增管

2014-08-30  发布者:admin 

  在现代广角荧光和激光扫描共聚焦显微镜,收集和二次发射测量收集的目的可以通过光敏检测器,几类,包括光电倍增管,光电二极管,和固态电荷耦合器件( CCD )。 在激光共聚焦显微镜,荧光发射是通过一个针孔孔径定位在图像平面排除光从远离物镜焦平面荧光灯结构,从而减少了可用的图像形成的光的数量。 作为一个结果,在非常低光水平最常见的共聚焦显微镜需要高度敏感的光子探测器不需要使用空间的歧视,而是很快作出反应具有高度的敏感性,连续通量变化的光照强度。

光电倍增管,其中包含一感光表面捕获入射光子产生电子流产生放大的电荷,在许多商业共聚焦显微镜流行的探测器的选择。 这些探测器包含一个关键的因素,称为 光电阴极 能发射电子,通过光电效应(吸收光子的能量被转移到一个电子)时,接触到的光子通量。 光电倍增管的解剖(图1)由一个经典的真空管玻璃或石英窗口封装光电阴极和一系列的电子倍增器,称为 光电倍增管 其次, 阳极 完成电路。 当光电倍增管操作,阳极和地面之间流动的电流(零电位)是成正比的光电子通量的阴极产生当暴露于入射的光子辐射。

光阴可以用碱金属或半导体的制造,是为了回应一个波长区域由基体材料的组合物,用于建设。 对入射光的波长的敏感性为 光谱响应 响应 R )光电阴极,并由方程描述:

R = (q • QE • θ)/(hc)

在那里 Q 是一个电子的电荷, 量化宽松政策 是光敏表面的量子效率, H 是普朗克常数,和 C 是光的速度。 一个探测器的量子效率是衡量入射的光子的分数,结果在检测的输出由光传感器。 光电阴极的构成不仅决定了光电倍增管的光谱响应,而且每种波长的量子效应,光电倍增管灵敏度的均匀性,和暗电流(下面讨论)。 图2给出了各种典型的光电倍增管光电阴极光谱响应曲线,以及每个阴极的量子效率,从每种材料的响应计算。 即使是最好的光电阴极响应的光在可见光谱区是小于百分之30的量子效率。 这意味着百分之70的光子,在阴极表面的影响,不产生光电子和,因此,没有检测到。

如图2是显而易见的,大多数的阴极材料在可见光和紫外线光谱的短波长区域的反应良好,在约200和400纳米。 有碱光电阴极的光电倍增管组成的材料的光谱中的绿色区域具有更高的量子效率和较低的噪声水平(550纳米),而那些多碱光电阴极响应更好在红色和近红外。 碱光电阴极是由含锑和几种碱金属的合金,如钾,铷,铯。 碱光电阴极的光谱响应中的紫外线和蓝色的区域是优秀的,但迅速下降为可见光波长延伸到绿色和红色区域。 多碱光电阴极(通常称为 S20 )是由类似的材料,但至少为三的碱金属的加入,并有一个宽的光谱响应范围延伸到红色和近红外部分。

即使有其优越的光电倍增管的增益特性,相比其他类型的探测器有一些缺点。 来自同一生产运行的增益和单个光电倍增管的暗电流的性能可以有很大的不同,通常由一个因子2至5为一个特定的设计。 此外,该设备可以通过暴露于高照度水平受损,往往需要很长的恢复时间(有些无法恢复从高强度的照明)。 现代光电阴极产生很好的可见光和紫外线的性能,但显着的在可见光波长更长的红外线敏感度下降。 光电倍增管需要一个稳定的高电压电源,增加了使用这些探测器的成本。 最后,即使是在最敏感的波长区域,对入射光的三分之二是不是由光电检测和不利于光电倍增管增益。

在操作中,入射的光子通过光电倍增管的窗口,在阴极表面的影响,随后产生光电子喷射到真空。 吸收的光子产生自由电子和光电阴极的剩余电能转换成动能。 具有足够的动能的电子能逃脱从阴极表面。 这些发射电子的聚焦电极控制,指挥流以光电倍增管链的第一个元素(包括18元),用于多电子通过二次发射过程。 聚焦电极通常存在确保附近发射阴极的光电子的边缘可能会在第一电极表面的影响。 此外,约100伏的电位施加光电阴极和第一电极元件之间的链。 在第一电极释放额外的电子,光电子的影响(通常是5和10之间),加速转向下一个倍增电极,其中也有约100伏特的电压相对于第一电位差。 每一个电子产生更多的二次电子,继续流下来的链从一个电极到下一个100伏之间的光电倍增管相同的电位差。 因此,倍增电极作为电子倍增器凭借其几何形状和个别元素之间的电压等级。

由于二次电子沿着极链,他们被放大,最终被阳极收集成为一个输出信号。 的极链电子倍增能力是相当令人印象深刻的。 如果12到14阶段采用光电倍增管10000000电子的收益是可能的。 然而,总的收益与所施加的电压的极链与光电倍增管的数量变化。 由于电子倍增的倍增链高水平(增益),光电倍增管探测器的光提供极高的灵敏度和相比其他光敏器件具有非常低的噪声。 光电倍增管的增益可以使用下面的公式估计:

Gain = µ = δn

在那里 µ 是电流放大(增益), δ 对光电倍增管的二次发射率,和 N 是倍增极的阶段数。 例如,在一个10级与五的二次发射比光电倍增管的电流放大,将约10000000。 作为一个额外的好处,而不牺牲带宽达到高增益,和高端光电倍增管设计可以在1的范围内的带宽1.5兆赫(尽管100兆赫的更常见的是用激光共聚焦显微镜的光电倍增管)。 此外,光电倍增管具有非常快的响应时间和多功能方面的大小限制在光电阴极。 这些特点使光电倍增管检测的理想的低光水平经常遇到弱发光荧光激光扫描共聚焦显微镜。

极链的物理布局根据大小和光电倍增管几何机械的要求而变化。 光电倍增管有一个由铍铜或锑铯的表面,这取决于应用程序。 铜铍是快速脉冲测量的首选,特别是在一个线性的反应是至关重要的。 另一方面,锑铯光电倍增管具有比铜铍合金光电倍增管的增益高,需要较低的电压下操作,但是他们的时间响应随施加电压的极链。 在退出极链,倍增电子脉冲被收集在阳极上,通常有大约1000伏的光电阴极的电位差。 光电倍增管通常是由一个负的高电压操作,与阴极在最负电位和每个连续打拿极偏置在略少负电位。 阳极电压接近地电位。 通过仔细匹配电极形状和接近大穿插电领域,在阳极输出脉冲可以减少到几纳秒的持续时间保持初始光信号的时间剖面。 脉冲电流高达100毫安从单一的光子可以实现高增益的光电倍增管,一个水平,可以很容易地被检测到没有进一步放大。

最受欢迎的两种光电倍增管的设计配置,位置敏感的光电阴极元末( 正面的 )或对侧( 边上 )的真空管(见图3)。 入射光检测通过一个窗口在正面设计玻璃外壳的顶部,并通过弯曲的侧边上的光电倍增管。 由于其高性能和低成本的评级,边上的光电倍增管是最广泛使用的管的总光度的应用程序,如分光光度法,荧光光谱,和激光共聚焦显微镜。 侧的光电倍增管包含一个不透明的和较厚的反射式阴极包围的圆形笼式倍增极元链。 入射的光电子不通过对光电倍增管侧的光阴,而是从前面喷出,向第一倍增电极单元的角度。

相反,在光电倍增管的阴极端必须精确的厚度以及组成,是半透明的。 光电发射材料沉积在光学窗口表面,发射电子从阴极侧相反的入射辐射。 如果光阴太厚,更多的光子会被吸收而减少光电子将从后表面发射。 另外,如果光阴太薄,光子可以直接通过而不被吸收。 由于这些不同的设计,具有类似的组成直接管光电阴极通常具有较高的量子效率的光电倍增管侧。

通道光电倍增管代表了一种新的设计,包括一个具有一个半透明光电阴极上沉积的入射窗的内表面独特的探测器。 通过阴极释放光电子进入一个狭窄的弯曲半导电通道,执行相同的功能作为一个经典的极链。 每一次的电子影响的通道的内壁,多元二次电子发射。 这些喷射角度的光电子轨迹在通道壁下弯曲(模拟极链),这反过来又产生量大,形成电子在通道的下弯。 影响的反复出现,从而导致雪崩效应,以获得超过100000000。 这种设计的优点是低暗电流(皮安范围)和增加动态范围。

光电阴极很少表现出均匀的灵敏度的整个表面上,并在显微镜通常的做法是分散的入射光在暴露的光电阴极的很大一部分。 最后对光电倍增管通常有较大的和更均匀的感光区域(见图4),而对器件具有更快的上升时间和达到更高水平的响应由于其不透明的光阴,不受使用端设备上的半透明材料相关的光学损失。 在边上的光电倍增管的情况下,阴极的上半部分通常是20至百分之30比下半部更敏感,而正面管表现出更均匀的响应在整个光敏区。 的光电倍增管的响应的空间均匀性的另一个因素是由阴极表面均匀性的测定。 由极链光电子的收集效率的变化与他们的发射位置上的光电阴极的光电倍增管,影响整体的空间均匀性。 这种效果是由于这样的事实,电子倍增过程的稳定性依赖于定义的轨迹的电子。

用共聚焦显微镜的光电倍增管的滨松r3896侧设计为例。 本机配有高量子效率的光电阴极具有185和900纳米之间的一个显着的光谱响应,并表现出最大的响应在450纳米(在蓝紫区;看到图2中的蓝色曲线)。 在550纳米的量子效率是约百分之22,但下降到633纳米的只有百分之14。 光电阴极发光通过紫外玻璃窗的材料,并有8×24毫米的最小有效面积,而倍增是一个圆形笼设计的九个阶段。 阳极和阴极和阳极之间的最后一个倍增电极1250和250伏之间的最大电压额定值,分别为。 这些管表现出约10000000的暗电流约10毫微安典型增益。 阳极脉冲上升时间为2.2纳秒,而电子运输时间为22纳秒。 该光电倍增管在众多应用包括流式细胞仪检测,DNA测序,荧光和拉曼光谱仪,紫外可见分光光度计,和粒子计数器。

倍增噪声

真正的光信号与背景噪声水平的检测是一个不可避免的测光,首要目标定量的视频,和共聚焦显微镜。 高增益和光电倍增管的大信号振幅的能力常常被误认为是卓越的信号质量的一个指标。 事实上,任何探测器内部增益是唯一能够放大了的信号的传感器元件。 如果一个显着的噪声量的光子产生的信号,放大后的信号也将包含相同的噪声比。 高增益检测器受益的能力来提高信号电平的伴奏信号处理电子噪声的地板上。 因此,如果处理电子电路限制了信噪比,高增益的探测器可以显着改善信号质量。

在任何光电系统噪声的主要来源是光子 镜头 噪声,探测器 黑暗 噪声,和 放大器 从伴奏信号处理电子噪声。 散粒噪声,由于电磁辐射的量子力学性质,在所有的光信号和结果中的随机波动的光子到达时间在传感器固有的。 光子的吸收或反射表面的阴极发射的光电子在随机的时间间隔产生电流的变化出现的噪音。 在高增益光电倍增管低信号电平的情况下,该噪声是由于背景光子通量。 在光电倍增管是由暗噪声的统计变化的噪声的大部分(简称与变量, D ),以及在检测到的光子通量相关的散粒噪声( S )。 准确的定量分析需要的光子通量足够的幅度和采样时间足够长,以确保从噪声的真实信号的区别。

正如上面所讨论的,在噪声的光子通量结果的统计变化( N(s) ),它等于光子信号的平方根。 暗噪声波动也随机分布,产生的噪声分量( n(D) )相等的暗电流的平方根(下面讨论)。 信噪比( 的S / N )因此等于信号除以噪声项的总和加在正交:

S/N (Signal-to-Noise) = S/(Ns2 + Nd2)1/2

在光电阴极光电倍增管产生任何入射光没有信号。 这种效应被称为 暗电流 (或暗噪声),而主要是由于从阴极的热电子发射的电子倍增器的头几倍增,伴随着一个较小的贡献从漏电流倍增电极和地之间。 暗电流的二次源是从附近的来源的宇宙射线和高能辐射管材料内部或外部的放射性衰变(如电动机,发电机,和室内照明)。 因为一个单电子,不论其来源,可以导致从每个电极多释放电子,光电倍增管链乘法噪声的影响。 然而,该设备仍在信噪比优于大多数电子放大器。

系统的电子噪声也有助于暗电流通常是包括在暗电流值规格。 在许多情况下,光电倍增管的冷却以降低暗电流和水平,防止波动,室温下从改变器件的增益或暗电流。 冷却的光电倍增管也改变的敏感性,但这些变化是小于温度变化引起的暗电流,从而显著提高信噪比在冷却设备中观察到的。 商业共聚焦显微镜一般不采用冷却的光电倍增管,然而,目的是在环境温度下提供令人满意的响应。 当操作在脉冲或光子计数模式,由于光子探测电子脉冲振幅的增大是用来区分光子的暗电流。

应用激光共聚焦显微镜光电倍增管操作

在现代商业共聚焦显微镜,光电倍增管位于扫描头或外壳,和增益,偏移,和打拿极电压由计算机软件界面探测器电源及配套的电子控制。 电压设置用于调节光电倍增管的整体的灵敏度,并且可以独立的增益和偏移值调整。 后两个控件是用来调整图像的灰度值,以确保灰度级的最大数量是包含在输出信号的光电倍增管。 增加了一个正的或负的偏置电压的输出信号,并应进行调整,使最低信号检测阈值附近的光电倍增管。 增益电路将输出电压的一个常数因子,使最大信号值可以延伸到一个点的正下方,饱和度。 在实践中,应先调整补偿光电倍增管增益。 后的信号已被处理的模数转换器,它存储在帧缓冲器,最终在显示器上显示一系列的灰色层次从黑(无信号)白(饱和)。 一个动态的10或12位的范围内的光电倍增管能够显示1024或4096级灰度,分别。 伴随图像文件也有相同数量的灰度级。 然而,在大多数的商业共聚焦显微镜的光电倍增管有一个动态范围限制为8位或256级灰度,这在大多数情况下,是足够的用于处理每个像素的光子扫描典型数。

对光电倍增管的增益和偏移水平的变化不应与图像后处理调整亮度,对比度水平,或在最终图像。 数字图像处理技术可以延伸现有的像素值来填充为白色显示范围的黑色,但不能创建新的灰度级。 因此,当一个数字图像捕获的一个可能的4096级灰度拉伸以填充只有200的直方图(从黑色到白色),处理产生的图像出现模糊的。 在共聚焦显微镜的日常运作,主要目的是为了填补尽可能多的灰度级图像的采集和加工过程中不会阶段。

偏移量控制是用来调整的背景水平接近零伏的位置(黑色)的正或负电压信号加。 这确保了黑暗的图像中的特征是非常接近的上位机监控黑电平。 偏移改变整个电压信号的幅度,但因为它是添加或从总的信号中减去,它并没有改变高和低的原始信号的电压幅度之间的电压差。 例如,一个信号范围从4到18伏特,是与一个偏移量设置- 4伏特的改性,所得信号跨越0至14伏特,但差异仍然是14伏特。

在图5中,提出了一系列的示意图的未处理和调整,从光电倍增管和相应的图像与激光共聚焦显微镜活体赤麂鹿皮肤成纤维细胞的粘附与MitoTracker Red CMXRos线粒体荧光捕获输出信号处理研究。 图5(一)说明了随着光电倍增管信号原共聚焦图像。 施加负偏置电压的光电倍增管后,信号和图像显示在图5(b)。 请注意,当信号被转移到较低的强度值,图像变暗(图5上框架(B))。 当增益调整到充分的强度范围(图5(c)),图像具有大量的细节和良好的对比度和高分辨率。

光电倍增管的增益调整是利用电子拉伸的输入信号乘以由模数转换器数字化之前的一个常数因子。 其结果是一个更完整的黑与白之间的灰度值表示,并在明显增加动态范围。 如果增益设置是增加超过最佳点,图像变得“木纹”,但这个动作有时候是必要的捕捉存在于图像的灰度级的最大数量。 先进的激光共聚焦显微镜的软件包易于获得和利用伪彩色显示功能的副像素灰度值在显示器上偏移调整的负担。 例如,饱和的像素(255)可以在黄色或红色显示,而黑色的水平像素(0)是蓝色或绿色的显示,具有中间灰度级灰度表示真值的显示效果。 当光电倍增管的输出进行适当的调整,只是一些红(黄)和蓝色(或绿色)的像素在图像中存在,表明光电倍增管的全动态范围被利用。

在增强夜视领域确立了技术已被应用到设计的共聚焦显微镜的光电倍增管戏剧性的胜利。 一些制造商合作,制作一种窗式光电倍增管包含一个专门的棱镜系统帮助光子的收集。 棱镜将入射的光子通过一个途径,促进全内反射在光电倍增管的信封相邻的光电阴极。 这样的配置增加光子和光电阴极之间潜在的相互作用的数量,导致超过在绿色光谱区域的一个因素的两个量子效率的增加,在红色的区域四,甚至更高的红外。 增加产生的入射的光子数的比例会提高光电子由光电倍增管的电流,并产生一个高灵敏度的仪器。

光电倍增管的共聚焦显微镜由于其速度快,灵敏度光度探测器的理想,高信噪比,和足够的动态范围。 高端激光共聚焦显微镜系统有几个光电倍增管,使在不同的荧光基团的同时成像多标记的标本。 通常,一个额外的光电倍增管包括用于传输使用微分干涉相衬技术或光标本成像。 在一般情况下,激光共聚焦显微镜包含荧光颜色通道光电倍增管(红,绿,三,蓝;每一个单独的针孔孔径)用来区分荧光,随着透射或反射光成像四分之一。 从每个通道的信号可以同时采集和图像合并成一个单一的轮廓表示的染色标本的“真实”的颜色。 如果试样被同时成像的一个增强技术视野的对比(如微分干涉对比),荧光基团的分布可以叠加确定在结构域的荧光发射的空间位置。

模拟信号的检测与光子计数

光电倍增管,由于其低噪声和高带宽,被证明是优秀的,几乎无失真的探测器的光信号时,持续时间短,非常弱的(这往往是在共聚焦显微镜的情况下)。 他们可以在 模拟 数字 模式,这取决于入射光的水平。 在低于100兆赫的带宽,信号可以被检测到在阳极系列脉冲和数字处理。 以上的水平,在光脉冲的间隔变短,他们重叠,产生一个连续的波形,并有必要采用模拟信号处理电子充分采样输出。 采样的阳极脉冲在低光照水平通常与一个集成和保持电路实现的,而当光电倍增管工作在模拟模式,跨阻放大器是用来测量管电流。

在许多激光共聚焦显微镜的应用,固定标本和足够的标记在激光的激发波长具有高量子产率的荧光探针 在一个典型的像素1-2微秒的停留时间,200和1000之间的二次发射光子会顺利通过显微镜的光学系统和光电倍增管传感器的影响。 然而,一些标本只含有少量的荧光发射小数量的光子,有时在下面的每像素10-20光子染色的功能水平,和零或只有一对夫妇的光子在未染色的地区(后者往往构成像素的多数扫描)。 在这种情况下,光子计数检测器操作成为首选机制。

图6(a)显示了典型的光电倍增管脉冲输出在高光的水平,可以很容易地使用传统的模数转换器采样的模拟信号。 相反,更多的离散性的脉冲产生的光电倍增管,当工作在非常低光水平有低染色标本是在图6(b)。 通过整合或累积的信号是从检测器接收,与信号相关的低噪音水平降低图像的对比度和背景强度的增加(图6(c))。 然而,当一个鉴别器,用于设置的强度水平的信号被变换处理,必要的(图6(b),红色线),图像对比度的急剧增加和背景噪声大大降低(图6(d))。 复杂的光子计数技术进行了与增加的信号-噪声的线性响应适当的仪器的结果相比,模拟检测。

在极链从每个阶段的增益是受 乘法 噪声由于阴极发射电子泊松统计。 在一个典型的光电倍增管,电子到达第二电极作为一个结果,一个单一的碰撞在第一倍增极的数量2和20之间的范围内。 作为一个例子,如果由第一倍增电极发射的电子的平均数是9,然后根据泊松统计,到第二电极的数目将6和12之间的范围内。 光电子发送12个电子的第二电极具有明显的生成一个比一个只发送6个电子脉冲的潜力更大。

尽管这种影响发生在乘法器链各个倍增,的影响是最重要的第一和第二光电倍增管之间由于在这些阶段的量子事件的相对低一些。 作为一个结果,从光电倍增管单阴极脉冲的变化可以超过一个数量级的范围内,虽然他们倾向于围绕一个平均值。 在光电倍增管的乘性噪声趋向于伸展的灰度级的数目(0~255)由模拟-数字转换器的记录,从而在直方图特征点在几乎每一个灰度级,无论事实上他们可能会出现只有很少的初始电子在第一电极。 换句话说,乘性噪声的现象,提出了各种各样的灰度级别对上位机监控幻觉时用显微镜积累的数据,仅限于3或4个明确定义的灰度级。

如上所述,泊松统计信噪比是相等的聚焦和其他形式的光学显微镜检测到的光子数的平方根。 因此,一个在约10的光子噪声电平的每像素100光子信号的结果,或百分之10的总的信号。 在大多数情况下,检测到的信号直接送入一个8位模数转换器,其中有一个数字分辨率大约是每0.4-percent灰度级(256级灰度)。 由于该转换器是能够在这个分辨率检测超过65000光子/像素,它是能够再现一个合适的图像从一个典型的荧光样品在脉动信号电平的共聚焦显微镜经验。

故障排除的光电倍增管

因为他们的目的是在相对较低的光照水平操作和精致的真空管包含光学系统,光电倍增管应格外小心处理和护理。 玻璃外表面应保持无指纹,灰尘,碎片,和油(不要碰光电倍增管无防护手套)。 光电元件对光极度敏感,所以房间的照明应在操纵管减少。 一遇到与光电倍增管最明显的问题是在较低的电压的电流脉冲发生,导致在快速变化的增益(高达百分之20的变化在几秒钟)。 在大多数情况下,这个问题的根源是大气中的气体进入真空管泄漏。 一个漏水的光电倍增管常可在一段时间的电压下圆满完成,但他们不能重新密封,最终必须被替换。 高水平的暗电流,表现出过多的信号在入射光的缺失对光电阴极的光电倍增管,是失败的,通常发生在管暴露于强光的水平后的另一个症状。 如果情况是复合光电倍增管具有高的电压施加到极链时发生曝光。 在漏管,光电倍增管无法修复,必须更换。

在激光共聚焦显微镜的不稳定的信号水平往往与光电倍增管不相关的问题的结果。 试样的光漂白,逐渐减少,荧光强度在一段时间内,不应与仪器故障混淆。 激光电源(尤其是氦氖版本)可以在输出的波动,间歇性噪声的经验,或完全失效,首先可能出现的是与光电倍增管的问题。 如果信号电平不稳定和激光电源,光电倍增管的高压电源,而放大器都运作良好,有可能在仪器的光漏。 光电倍增管销和插座的连接必须由合格的技术人员定期检查,清洗或拧紧,避免氧化可以产生短路和妨碍性能的增强。

结论

电子成像传感器的性能,包括光电倍增管,是由光谱灵敏度,描述量子效率,空间分辨率,均匀性,信噪比,动态范围,和响应速度(这些变量是在表1中列出)。 光谱灵敏度是一个重要的术语,确定信号的电平作为入射的光的波长的函数。 它往往是在量子效率方面表示,这是入射光子被检测到的百分比。 光电倍增管和其他电子探测器的均匀性是由几个变量的确定,包括增益变化的传感器,随着噪声的区域差异和采样效率(通常被称为 阴影 成像探测器 不均匀的灵敏度 与光电倍增管)。 在光收集或传输效率的空间变化也影响检测器响应的均匀性。

限制空间分辨率通常是由两个高对比度的样本特征之间的歧视所需的最小间距确定(例如,白色的点或线在黑色背景)。 对比分辨率的一个重要因素,因为高对比度的功能更容易解决比低对比度的特点。 对电子探测器的空间分辨率更翔实的措施的调制传递函数( MTF )和对比度传递函数( CTF )。 这两个功能显示的检测器响应的大小作为空间频率的函数。 对比函数从一系列的黑色和白色的酒吧,越来越接近探测器的反应决定的,而调制功能是从百分之60正弦波空间频率增加图像同样的决定。

性能特点
在550纳米的流行的探测器
探测器 量子效率
(%)
传感器的噪声
(电子/像素)
检测器增益
R3896 Photomultiplier 20 0 9,500,000
Avalanche Photodiode 75 5-20 50-200
Silicon PIN Photodiode 80-85 100 0
Cooled Interline CCD 40-60 8-12 4
Intensified MCP CCD 30-45 100 10,000
Electron Bombardment CCD 30 40 100-300
Vidicon Video Tube 50-60 1000-2000 8-10

 

表1

电子探测器通常是由他们的信噪比,测量的变化的一个信号,表明信心的信号可估计的幅度。 光有一个固有的噪声分量的随机性所产生的光子通量(和由泊松统计),即信号的平方根。 噪声也来自各种来源,但往往可以通过降低操作温度降低。 在没有光的电子设备中的热敏感的噪声称为暗噪声。 光电倍增管的增益水平范围从1000到10000000,和阳极输出通常是直接送入电子放大器。 为了避免系统噪声放大器为主,光电倍增管的操作必须在获得足够高的水平,这样的暗电流和增益的乘积大于放大器的输入噪声。

intrascene动态范围从最小和最大强度,可在同一领域的同时检测。 插入镜头的动态范围的强度,可容纳当检测器增益,积分时间,镜头光圈范围,和其他变量的调整不同领域的观点。 动态范围和信噪比,不应混淆。 动态范围往往是计算是可以积累的最大的信号,被读取的信号相关的噪声。

在激光扫描共聚焦显微镜,该样本是由聚焦光束光栅模式扫描,以及由此产生的荧光发射形成一点的图像,是由一个光电倍增管依次检测。 大多数商业共聚焦显微镜是有限的动态范围为8与波长相关的检测效率为15和百分之30之间的位或256级灰度特征的光电倍增管。 冷却的CCD相机相比,通常是10到12位的动态范围和40%至60%的检测效率在很宽的波长范围内,光电倍增管性能显著减少。 然而,在大多数聚焦应用(特别是活细胞成像)少于255光子每像素的收集,以及在光电倍增管的动态范围。 此外,在光电倍增管的响应和背景噪声抑制性能优良的线性度呈现此探测器的理想的共焦显微镜的应用。

激光共聚焦显微镜,分光光度计,许多高端相机自动曝光显示器利用光电倍增管测量和记录光的强度。 不幸的是,在激光共聚焦显微镜最严重的光损失发生的量子效率的光电倍增管有限公司。 在光电倍增管的光谱灵敏度取决于提供最好的设备具有磷砷化镓光电阴极的化学元素组成(大约有百分之40的量子效率在绿色光谱区域),这是敏感的从300到800纳米的波长范围。 光电倍增管光阴极不均匀的敏感和典型的光子分布在整个入射窗而不是在一个区域。 由于光电倍增管不存储电荷和响应在几纳秒的输入光通量的变化,它们可以用于快速检测事件记录。 最后,信噪比很高,因为科学级光电倍增管的暗电流是非常低的(它可以通过冷却进一步降低)和增益可以大于一百万。