單光子計數拉曼光譜實驗裝置示意圖脈沖激光聚焦在樣品表面，激發樣品產生熒光和拉曼散射，單光子探測器探測這些受激發射和散射。Time Tagger 采集所有光子事件的時間戳并加以實時分析。

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什么是單光子計數拉曼光譜？

拉曼光譜作為一種強大的分析技術，能夠通過研究光散射現象揭示樣品的分子組成、化學結構及化學環境。當激光照射樣品時，大多數光子發生彈性（瑞利）散射，僅有極少部分光子與分子內部的振動或轉動相互作用，產生能量轉移，發生非彈性（拉曼）散射。

拉曼光譜在生物化學、藥物分析、環境監測、材料研究等領域有著廣泛應用，為分子結構及相互作用提供了深刻洞見。然而，該技術也面臨著諸如靈敏度有限和樣品熒光干擾嚴重等挑戰。近年來的研究著重提升拉曼信號的檢測能力，并有效隔離熒光背景干擾，以提升靈敏度和選擇性。

為應對這些挑戰，單光子計數拉曼光譜技術應運而生，將拉曼光譜與單光子計數技術相結合，即使在低濃度樣品中也能檢測到微弱的拉曼信號。該方法通過時間門控和時間相關單光子計數技術，實現亞納秒級時間分辨率，能有效區分拉曼信號與熒光和背景噪聲，大幅提升測量的靈敏度與可靠性。

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如何測量單光子計數拉曼光譜？

典型的單光子計數拉曼光譜實驗系統由多個關鍵模塊組成，涵蓋樣品激發、信號過濾與光子精確檢測等環節。

脈沖激光源用于激發樣品并誘導拉曼散射。二向色鏡與陷波濾光片用于分離激發光與拉曼散射信號以及背景熒光。聲光可調濾波器則支持動態選擇特定拉曼位移，靈活覆蓋不同的光譜范圍。高靈敏度的單光子探測器，如雪崩光電二極管或超導納米線單光子探測器，負責捕捉拉曼光子。此外，還需要時序電子設備對各種光子事件時間戳的采集和實時處理。用于單光子計數拉曼光譜實驗的理想時序測量設備應該具備亞納秒級分辨率、低抖動和實時多通道數據實時處理能力。

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單光子計數拉曼光譜先進解決方案

Swabian Instruments Time Tagger

Swabian Instruments - 施瓦本儀器開發的多通道高精度時間數字轉換器Time Tagger能以皮秒級時間分辨率記錄每個光子事件的時間戳，使得時間門控測量和時間相關單光子計數成為可能，進而能夠消除熒光干擾、有效采集微弱的拉曼信號，提升測量的信噪比。

低至1.5 ps的時間抖動

Time Tagger可實現低至1.5 ps的時間抖動，確保了精準的時序控制，可以充分發揮單光子探測器的高靈敏度優勢，增強對微弱拉曼散射信號的靈敏度，甚至能捕捉細微的拉曼位移，成為高精度痕量分析的理想選擇。

先進的時間分辨測量能力

Time Tagger通過高分辨率時間戳標記與靈活的時間門控，能夠有效隔離拉曼信號，排除長壽命熒光干擾。精準的時間門控極大提升了拉曼光譜的清晰度和可靠性，同時顯著增強了微弱拉曼信號的檢測能力。

靈活可調的輸入信號設置

Time Tagger支持通道獨立的硬件信號延遲與死區時間設置，為復雜測量中的光子檢測提供靈活配置。這些特性可對每個檢測通道進行微調，既能優化多通道系統的信號采集效率，又能在各類實驗條件下實現高保真度的數據收集。

豐富直觀易用的軟件平臺

Time Tagger結合了卓越的硬件性能與強大的軟件引擎，用戶可通過少量Python、Matlab、LabVIEW、C#/C++、Mathematica、.NET代碼，或在直觀的TimeTaggerLab界面中，輕松完成多種實時測量。

產品負責人：楊工