quang
Thời gian sống huỳnh quang của của QDs thường cỡ từ mài chục nano giây tới vài trăm pico giây nên sẽ gặp khó khăn khi sử dụng các phương pháp đo kiểu lấy mẫu (sampling) hoặc phương pháp đo dịch cổng thời gian (boxca). Trong đề tài này chúng tôi chúng tôi sử dụng thiết bị đo thời gian sống huỳnh quang giũa trên nguyên tác đếm đơn photon trương quang thời gian(TCSPC – Time Correlated Single Photon Counting).
Phép đo TCSPC dựa trên cơ sở thu các photon đơn của mỗi chu kỳ tín
hiệu ánh sáng huỳnh quang. Ví dụ như trên Hình 2.7, mẫu được kích thích bởi laser xung cực ngắn có tần số lặp lại cố định (hàng chục MHz). Vì tín hiệu huỳnh quang yếu do đó tín hiệu từ detector hiển thị trên dao động ký là những xung photon ngẫu nhiên trải dài trên trục thời gian, nhiều chu kỳ tín hiệu không có xung photon nào, có chu kỳ tín hiệu có nhiều hơn một xung photon. Các photon tín hiệu được đếm và thời gian xuất hiện photon được ghi lại. Sau rất nhiều chu kỳ tín hiệu, một số lớn các photon được thu và phân bố của các photon theo thời gian trong chu kỳ tín hiệu được xây dựng. Đây chính là phân bố xác suất của photon và cũng là biểu diễn dạng sóng của xung quang học.
Hình 2.8 là sơ đồ khối thiết bị đo TCSPC. Khi xung laser cực ngắn kích
thích vào mẫu, tín hiệu ánh sáng được đưa đồng thời qua bộ trigger CFD (Constant Fraction Discriminator) nhằm xác định chính xác thời gian tới của xung laser và đưa vào lối vào “Start” của bộ biến đổi thời gian - biên bộ – TAC (Time to Amplitude Converter). Xung photon huỳnh quang từ mẫu được đưa qua bộ phân tách photon CFD và đưa vào lối vào “Stop” của TAC. Bộ biến đổi này tạo ra tín hiệu điện thế tỷ lệ với thời gian trễ (∆t) giữa hai xung vào “Start” và “Stop” của TAC. Tín hiệu điện thế này được khuếch đại bởi bộ khuếch đại lập trình được PGA (Programmable Gain Amplifier) và được số hóa bởi bộ biến đổi tương tự số ADC (Analog-to-Digital Converter). Tín hiệu điện thế được số hóa được cất vào ô nhớ
như một sự kiện đơn. Một giản đồ phân rạ thời gian được đo bằng cách lặp lại nhiều lần phép đo thời gian như trên. Về mặt nguyên lý phép đo TCSPC có thể hiểu như trên tuy nhiên do nhiều chu kỳ tín hiệu không có xung photon nào nên TAC có “start” nhưng không có “stop” do đo thiết bị sẽ bị treo và phải khỏi động lại TAC cho chu kỳ tín hiệu tiếp theo. Với các nguồn sáng có tần số lặp lại thấp thì hệ thống này có thể hoạt động tuy nhiên hệ thống này không thể hoạt động khi tần số lặp lại của nguồn kích thích cao ví dụ như laser diôt hoặc laser Ti-Sapphier có tần số 50- 100 MHz thì phải thường xuyên re-set TAC 10 ns hoặc 20 ns. Giải pháp đưa ra và đang được sử dụng cho các thiết bị TCSPC hiện nay là cho TAC hoạt động ở chế độ ngược lại tức là tín hiệu photon phát xạ từ mẫu được đưa vào lối vào “Start” của bộ biến đổi TAC và tín hiệu laser được đưa vào lối vào “Stop” của TAC.
CHƯƠNG 3
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN