应用介绍 | 单光子计数拉曼光谱

单光子计数拉曼光谱实验装置示意图脉冲激光聚焦在样品表面，激发样品产生荧光和拉曼散射，单光子探测器探测这些受激发射和散射。Time Tagger 采集所有光子事件的时间戳并加以实时分析。

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什么是单光子计数拉曼光谱？

拉曼光谱作为一种强大的分析技术，能够通过研究光散射现象揭示样品的分子组成、化学结构及化学环境。当激光照射样品时，大多数光子发生弹性（瑞利）散射，仅有极少部分光子与分子内部的振动或转动相互作用，产生能量转移，发生非弹性（拉曼）散射。

拉曼光谱在生物化学、药物分析、环境监测、材料研究等领域有着广泛应用，为分子结构及相互作用提供了深刻洞见。然而，该技术也面临着诸如灵敏度有限和样品荧光干扰严重等挑战。近年来的研究着重提升拉曼信号的检测能力，并有效隔离荧光背景干扰，以提升灵敏度和选择性。

为应对这些挑战，单光子计数拉曼光谱技术应运而生，将拉曼光谱与单光子计数技术相结合，即使在低浓度样品中也能检测到微弱的拉曼信号。该方法通过时间门控和时间相关单光子计数技术，实现亚纳秒级时间分辨率，能有效区分拉曼信号与荧光和背景噪声，大幅提升测量的灵敏度与可靠性。

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如何测量单光子计数拉曼光谱？

典型的单光子计数拉曼光谱实验系统由多个关键模块组成，涵盖样品激发、信号过滤与光子精确检测等环节。

脉冲激光源用于激发样品并诱导拉曼散射。二向色镜与陷波滤光片用于分离激发光与拉曼散射信号以及背景荧光。声光可调滤波器则支持动态选择特定拉曼位移，灵活覆盖不同的光谱范围。高灵敏度的单光子探测器，如雪崩光电二极管或超导纳米线单光子探测器，负责捕捉拉曼光子。此外，还需要时序电子设备对各种光子事件时间戳的采集和实时处理。用于单光子计数拉曼光谱实验的理想时序测量设备应该具备亚纳秒级分辨率、低抖动和实时多通道数据实时处理能力。

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单光子计数拉曼光谱先进解决方案

Swabian Instruments Time Tagger

Swabian Instruments - 施瓦本仪器开发的多通道高精度时间数字转换器Time Tagger能以皮秒级时间分辨率记录每个光子事件的时间戳，使得时间门控测量和时间相关单光子计数成为可能，进而能够消除荧光干扰、有效采集微弱的拉曼信号，提升测量的信噪比。

低至1.5 ps的时间抖动

Time Tagger可实现低至1.5 ps的时间抖动，确保了精准的时序控制，可以充分发挥单光子探测器的高灵敏度优势，增强对微弱拉曼散射信号的灵敏度，甚至能捕捉细微的拉曼位移，成为高精度痕量分析的理想选择。

先进的时间分辨测量能力

Time Tagger通过高分辨率时间戳标记与灵活的时间门控，能够有效隔离拉曼信号，排除长寿命荧光干扰。精准的时间门控极大提升了拉曼光谱的清晰度和可靠性，同时显著增强了微弱拉曼信号的检测能力。

灵活可调的输入信号设置

Time Tagger支持通道独立的硬件信号延迟与死区时间设置，为复杂测量中的光子检测提供灵活配置。这些特性可对每个检测通道进行微调，既能优化多通道系统的信号采集效率，又能在各类实验条件下实现高保真度的数据收集。

丰富直观易用的软件平台

Time Tagger结合了卓越的硬件性能与强大的软件引擎，用户可通过少量Python、Matlab、LabVIEW、C#/C++、Mathematica、.NET代码，或在直观的TimeTaggerLab界面中，轻松完成多种实时测量。

产品负责人：杨工