什么是光谱探测器(SP 探测器)?

SP8 共聚焦显微镜的技术

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基于棱镜的可调多波段光谱检测。徕卡显微系统的 SP 探测器是一种用于点扫描显微镜(尤其是共聚焦显微镜)的复合检测单元。SP 探测器可将光分成多达 5 个光谱带。这些光谱带是独立的,并且在整个可见光谱内可以连续调节。每个光谱带中的光由光传感器检测:光电倍增管(PMT)或混合探测器(HyD)。

光谱色散

从样品发射的光的光谱分离分为两个步骤。第一步是将发射的光在空间中色散成光谱,就像在经典光谱仪中一样 (1)。选择棱镜(图 1)而不是光栅,是因为它在传输效率上要高得多(2)

图 1 中展示的是基于三角形的简单棱镜原理。SP 探测器采用了一种具有特殊几何形状的棱镜——“佩林-布罗卡棱镜” (3)。这种几何形状确保了最小的损失,简化了调整,并增强了整个装置的机械稳定性。
在经典的狭缝光谱仪中,所需的颜色光谱部分是通过一对可单独移动的黑色障碍物选择的,因此可以从整个光谱中选择任何所需的波段。

光谱带的分离

SP 探测器的第二步应用了带有修改的狭缝概念。障碍物的入射侧涂有高度反射的涂层,而不是黑色金属 (4)
它们也以一定角度排列。由此反射的光可以进入进一步的镜子滑块和传感器的排列。通过级联这些排列,可以将整个光谱分割成一系列光谱带。每个带的中心频率和带宽都是可连续调节的。

棱镜和镜子-狭缝级联传感器的排列几乎与偏振无关,并且具有很高的透明度。因此,它具有非常高的光子效率,这对于尽可能多地收集珍贵的荧光光子是必要的,同时以尽可能低的强度进行照明。

独立增益

传感器的数量可以根据应用的需求进行选择。它们可以是经典的光电倍增管(PMT)或配备高效 GaAsP 光电阴极的混合探测器(HyD)。由于每个传感器的增益是独立控制的,因此每个通道的动态范围可以适当地调整(见图 3),以增强信噪比。这种能力相比于仅使用单一增益设置的阵列探测器是一种进步。阵列探测器提供的数值调整作为适应多个通道以应对不同强度范围的手段,并不能改善信号质量。

单个点探测器和阵列探测器的性能

像 SP 探测器中的单独光谱带和探测器设置允许对每个荧光通道的感应性能进行单独微调 (5)。 该功能确保所有荧光通道的最佳信噪比,并允许以尽可能低的强度进行照明。

有关更详细的讨论,请参见 参考文献 5

参考文献

  1. Newton I: Opticks: or a Treatise of the Reflexions, Refractions, Inflexions and Colours of Light. (1704) Reprint 1979, Dover Publications Inc., New York 1979.
  2. Pellin P & Broca A: A Spectrosope of fixed Deviation. Astrophysical Journal. 10: 337–342 (1899)
  3. Spectral Detection
  4. Borlinghaus RT „The White Confocal“ Springer International (2017).  Deutsche Ausgabe „Konfokale Mikroskopie in Weiß“ Springer-Verlag Berlin Heidelberg (2016)
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