BLAZE科学CCD在光谱应用中的卓越表现（二）

本文中，为了证明BLAZE HR传感器的性能，我们设计了三个实验来测量与当前最先进的探测器相比。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。

实验

实验一：

我们使用TEC制冷的BLAZE HR传感器和液氮制冷的InGaAs阵列获得了880 nm至1.0μm的原子灯发射，以进行比较。图1显示了在相同条件下（即相同的光谱仪、光栅和光源）采集的光谱。使用BLAZE HR传感器获得的信噪比明显更高。

图1：使用Teledyne Princeton Instruments SpectraPro®HRS-300光谱仪和600 g/mm光栅，1000 nm闪耀，使用TEC制冷BLAZE HR传感器（蓝色）和液氮制冷InGaAs阵列（橙色）收集的原子发射灯光谱比较。

实验二：

在第二个实验中，我们测量了吲哚菁绿（IcG）*在与第一个实验相同的波长范围内的光致发光。图2显示了第二个实验中使用的设置。通过将激发光源通过透镜聚焦到包含IcG样品的比色皿上，收集光致发光（PL）发射，并使用与激发光束成90°的另一个透镜进行准直。通过滤光片，准直光束聚焦到配有一对探测器的光谱仪的入口狭缝上：出口（1）配备HR传感器的TEC制冷BLAZE探测器和出口（2）液氮制冷的线性InGaAs阵列。可移动的光束分流器镜使分散的PL发射能够定向到两个探测器中的任何一个。

*吲哚菁绿（Indocyanine green）为诊断用药。是用来检查肝脏功能和肝有效血流量的染料药。

静脉注入体内后，立刻和血浆蛋白结合，随血循环迅速分布于全身血管内，高效率、选择地被肝细胞摄取，又从肝细胞以游离形式排泄到胆汁中，经胆道入肠，随粪便排出体外。外周静脉注入吲哚菁绿后，动脉、静脉将在 5-50 秒内先后显影，肾脏在 1 分钟内显影，肝脏在 2 分钟内显影。在特定的手术中，该技术对比术中冰冻活检、术中影像学检查等辅助技术，将节省大量手术时间。

图2：“IcG光致发光”实验装置，用于比较用TEC制冷BLAZE HR传感器和液氮制冷线性InGaAs阵列获得的原子发射灯光谱。

Teledyne Princeton Instruments LightField®软件用于控制系统操作和数据采集。使用两台相机获取PL光谱，允许调整积分时间以产生相同的相对强度。HR传感器的积分时间为15秒，InGaAs阵列的积分时间为100秒。为了消除仪器对光谱数据的不必要影响，使用Teledyne Princeton Instruments IntelliCal®校准系统和NIST可溯源石英卤钨灯（QTH）进行了强度校准。

图3显示了两个探测器产生的光谱之间的良好相关性。然而，HR传感器能够提供约6.6倍（积分时间100/15）的灵敏度，同时产生的光谱背景噪声显著降低。因此，新的BLAZE探测器将允许研究人员检测超低浓度的IcG，并在组织内进行更复杂的功能光谱分析。

图3：使用HRS光谱仪（配置有-75°C的HR传感器和-100°C的LN冷却线性InGaAs阵列）获取IcG的归一化PL光谱。HR传感器和InGaAs阵列的积分时间分别为15秒和100秒。该实验使用了Teledyne Princeton Instruments SpectraPro HRS-300光谱仪，使用在1000 nm闪耀的600 g/mm光栅。数据由美国麻省理工学院Bawendi Group提供。

实验三：

图4显示了使用BLAZE HR传感器获得的环己烷拉曼光谱（约150至3000 cm-1）。使用500 mW、785 nm的激光在环己烷样品中产生拉曼散射。透镜收集并准直拉曼散射光，然后通过瑞利滤波器抑制激光辐射。光谱仪将拉曼散射分光到HR传感器上进行检测和分析。HR传感器卓越的量子效率能够快速检测3000 cm-1（1026 nm）的拉曼信号。

图4：使用785 nm激光激发获得的环己烷拉曼光谱（150至3000 cm-1），配置有TEC制冷至-95°C的HR传感器的BLAZE照相机，以及500 nm闪耀的300 g/mm光栅的SpectraPro HRS-300光谱仪。

审核编辑黄宇