中科君達視界 Gloria 系列 sCMOS 相機在物理與光電成像中的應(yīng)用

   sCMOS相機憑借其高靈敏度、低噪聲與高動態(tài)等特性，成為物理探測與光電成像科研場景中的核心探測儀器。

   1、目標(biāo)光譜波段檢測●X射線閃爍體成像

   目標(biāo)光譜波段檢測旨在從背景輻射中精確分離并測量特定波長范圍內(nèi)的微弱信號，故需要探測器在目標(biāo)波段具備極高的量子效率和極低的讀出噪聲，以抑制背景噪聲并提取有效信息。

   在某實驗室X射線觀測中，采用中科君達視界自研的千眼狼 Gloria 4.2 sCMOS相機接受X射線脈沖與物質(zhì)相互作用后的熒光圖像，其背照式傳感器技術(shù)保證在閃爍體主發(fā)光波段峰值QE 高達95%，顯著提升光子收集效率；另一項核心雙制冷技術(shù)保證傳感器溫度低于環(huán)境溫度50°C，暗電流噪聲低至0.3 e-/p/s，意味著sCMOS相機可實現(xiàn)對閃爍體產(chǎn)生的微弱可見光信號高效率捕獲，不被本底噪聲淹沒；高幀率數(shù)據(jù)帶寬技術(shù)適用于動態(tài)X射線閃爍體觀測，通過CoaXPress 2.0高速接口，可實現(xiàn)數(shù)百幀每秒的穩(wěn)定圖像傳輸，滿足高速采集需求。

圖一

   2、計算成像●光學(xué)衍射成像光斑測量

   計算成像關(guān)鍵在于捕獲拍攝物體衍射、干涉或散射形成的中間圖樣如光斑、條紋等，再通過算法重建出物體的最終圖像。重建算法依賴原始采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量，如光學(xué)衍射計算，依賴于對入射光場特別是光斑形態(tài)及時域波動特性的精確采集。

   中科君達視界提供的千眼狼sCMOS相機Gloria 4.2，具有95% QE、1.2 e-讀出噪聲、90 dB高動態(tài)范圍特征，定量分析紅光激光光斑在時間域內(nèi)的強度與形態(tài)波動。圖2為Gloria 4.2在高動態(tài)模式下捕捉的光斑圖像，形態(tài)清晰、邊緣銳利，無拖影，保留了完整的光強分布信息；圖3為時域灰度直方圖，顯示光斑灰度值波動幅度極小，均值、標(biāo)準(zhǔn)差數(shù)值穩(wěn)定，無明顯周期性噪聲，表明sCMOS相機 Gloria 4.2具備良好的信噪比表現(xiàn)，可滿足計算成像對光強微弱波動定量分析的需求。

圖二

圖三

   3、高能物理●冷離子云觀測

   高能物理實驗涉及對單個或少量基本粒子如離子行為的觀測，這些基本粒子發(fā)出的信號極其微弱，通常處于數(shù)十光子水平，對探測器的性能提出嚴(yán)苛需求。

   在某冷離子云成像與測量實驗中，利用千眼狼sCMOS相機Gloria 1605，此款科學(xué)相機擁有16 μm大像元尺寸，＜1 e-低讀出噪聲，90.7% 高QE，模數(shù)轉(zhuǎn)化位深16 Bit，40000：1高動態(tài)范圍極致參數(shù)。實驗清晰捕捉到冷離子云的形態(tài)、尺寸及內(nèi)部分布特征，精準(zhǔn)量化了局部動力學(xué)漲落，同時Gloria 1605的高動態(tài)范圍特性支持冷離子云亮/暗區(qū)域細(xì)節(jié)的良好呈現(xiàn)。

圖四

   從高能X射線閃爍體成像到衍射光斑解析，再到冷離子云成像和測量領(lǐng)域的成功實踐，證明千眼狼Gloria系列 sCMOS相機具備在極弱信號環(huán)境下的探測能力，可為物理與光電領(lǐng)域的實驗研究提供高效適用的解決方案。