Như chỳng ta đó biết, thời gian sống phỏt quang dựng để chỉ thời gian trung bỡnh mà phõn tử tồn tại trong trạng thỏi kớch thớch của nú trước khi phỏt ra một photon. Thời gian sống phỏt quang τ liờn hệ với hiệu suất lượng tử và cỏc vận tốc hồi phục được trỡnh bày theo cụng thức 1.5 trong chương 1. Như vậy cỏc vận tốc hồi phục của chất phỏt quang sẽ được suy ra từ cỏc giỏ trị đo được của hiệu suất lượng tử và thời gian sống phỏt quang.
Phương phỏp đếm đơn photon tương quan thời gian (time-correlated single photon counting - TCSPC) là một trong cỏc phương phỏp đo huỳnh quang phõn giải thời gian, phương phỏp này dựng để đo thời gian sống phỏt quang của cỏc chất phỏt huỳnh quang. Cú hai phương phỏp đo huỳnh quang phõn giải thời gian được phỏt triển đú là phộp đo miền tần số và phộp đo miền thời gian. Đếm đơn photon tương quan thời gian (time-correlated single photon counting - TCSPC) là một kỹ thuật đo trực tiếp với độ nhạy cao và là kỹ thuật phổ biến nhất trong phộp đo miền thời gian. TCSPC hoạt động trờn cơ sở phỏt hiện đơn photon trong từng chu kỳ tớn hiệu của ỏnh sỏng kớch thớch, đo thời gian phỏt hiện photon và dựng lại dạng xung từ cỏc tớn hiệu đo trong cỏc khoảng thời gian độc lập với nhau, tức là xõy dựng lại biểu đồ cường độ tớn hiệu theo thời gian [155]. Điều kiện cơ bản của phộp đo TCSPC là tớn hiệu mẫu phải rất nhanh, cú độ lặp lại cao và đủ yếu sao cho mỗi chu kỳ của tớn hiệu khụng cú nhiều hơn 1 photon được phỏt hiện. Dựa trờn khả năng đỏp ứng của cỏc thiết bị trong hệ TCSPC hiện nay thỡ mức phỏt hiện tối ưu cần đạt là 1 photon trờn 100 xung kớch thớch.
Hỡnh 2.19 mụ tả nguyờn lý chung của một hệ đo TCSPC, trong mỗi chu kỳ tớn hiệu chỉ cú 1 xung đơn photon được phõn bố một cỏch ngẫu nhiờn, cú nhiều chu
kỳ tớn hiệu thậm chớ cũn khụng cú xung photon nào. Khi một photon được phỏt hiện thỡ thời gian tương ứng khi phỏt hiện đơn photon trong chu kỳ tớn hiệu sẽ được đo lại. Sự kiện này sẽ được ghi trong bộ nhớ cú địa chỉ tương ứng với thời gian phỏt hiện photon, cỏc photon trong cỏc chu kỳ tớn hiệu khỏc nhau nhưng nếu cú cựng thời gian phỏt hiện thỡ được xếp vào cựng một kờnh thời gian theo cơ chế cộng dồn.
Sau rất nhiều chu kỳ tớn hiệu xung huỳnh quang sẽ được tổng hợp xõy dựng lại trong bộ nhớ và hiển thị ra màn hỡnh. Trong trường hợp đếm tốc độ cao thỡ cỏc kờnh thời gian cũng phải được điều chỉnh ngắn hơn để thỏa món điều kiện mỗi chu kỳ tớn hiệu chỉ phỏt hiện được khụng quỏ 1 một photon. Với nguyờn lý như vậy mà kỹ thuật TCSPC cú khả năng ghi nhận những tớn hiệu ỏnh sỏng rất nhanh và rất yếu.
Hỡnh 2.19. Nguyờn lý tổng quỏt của kỹ thuật đếm đơn photon tương quan thời gian [155]
Để đỏp ứng được nguyờn lý hoạt động núi trờn, cỏc hệ TCSPC được trang bị những cụng cụ hết sức đặc thự như bộ chọn ngưỡng phõn phần khụng đổi CFD (Constant Fraction Discriminator) và bộ biến đổi thời gian biờn độ TAC (Time to Amplitude Converter), bộ phõn tớch đa kờnh MCA (Multichannel Analyzer)…
Luận ỏn sử dụng hệ TCSPC của Viện Vật lý, Viện Hàn lõm Khoa học và Cụng nghệ Việt Nam để đo thời gian sống phỏt quang của cỏc hạt nano. Hệ sử dụng nguồn kớch laser diode phỏt xung pico giõy tại bước súng 405 nm, tần số lặp lại cú thể thay đổi được từ 4 – 50 MHz, độ rộng xung dưới 100 ps. Detector thu xung photon được sử dụng là PMT R7400U của Hamamatsu, thời gian đỏp ứng là 700 ps và card FPGA đọc tớn hiệu ra mỏy tớnh.