隨著傳感器研發(fā)生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，背照式傳感器峰值量子效率(Peak QE)已提升至95%以上，讀出噪聲和暗電流成為弱光條件下相機(jī)靈敏度的主要限制因素。電子倍增(EM)技術(shù)是降低讀出噪聲的方法之一，深度制冷技術(shù)則能有效抑制暗電流。

EMCCD即電子倍增CCD，有時(shí)也被稱(chēng)為"片上倍增"CCD，結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)幀轉(zhuǎn)移CCD結(jié)構(gòu)類(lèi)似，一個(gè)是"成像部分"，用于捕捉圖像；另一個(gè)是"存儲(chǔ)區(qū)域"，用于在讀取圖像之前存儲(chǔ)圖像。但在讀出寄存器和讀出放大器之間增加了數(shù)百個(gè)增益寄存器，作用是實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大。

EMCCD對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)千倍的增益，原本難以與讀出噪聲區(qū)分開(kāi)的微弱信號(hào)能夠被放大到高于讀出噪聲，由于信號(hào)增益發(fā)生在讀出之前，實(shí)際上降低了相機(jī)的讀出噪聲水平，減少讀出噪聲對(duì)信號(hào)的影響，實(shí)現(xiàn)單光子級(jí)的靈敏度。即使在相對(duì)較低的EM增益設(shè)置下，有效讀出噪聲也能降低到小于1個(gè)電子（RMS）。

逐步增加EMCCD增益
單分子的信號(hào)進(jìn)入視野并顯著提高信噪比

另外EMCCD在需要較高速率的應(yīng)用也具有優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)的CCD相機(jī)讀出噪聲在個(gè)位數(shù)范圍內(nèi)（<10e-），是以低于1MHz讀出速度為代價(jià)。為實(shí)現(xiàn)高速讀出，電荷放大器的帶寬需要盡可能寬，但噪聲會(huì)隨之增大。EMCCD則可以避免這一限制，像素讀出速度可達(dá)30MHz，能夠在高速下實(shí)現(xiàn)前所未有的靈敏度。

由于EMCCD超高的靈敏度與高讀出速度，在物理光電和生命科學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，例如量子糾纏、自適應(yīng)光學(xué)、散斑成像、幸運(yùn)成像、單分子檢測(cè)、超分辨、生物發(fā)光等。

產(chǎn)品推薦
Andor iXon系列EMCCD高端超靈敏科研級(jí)相機(jī)，具有多種優(yōu)勢(shì)，例如單光子靈敏度、高幀率、深度制冷等，廣泛應(yīng)用在生命科學(xué)和物理科學(xué)。

iXon Ultra系列：提供了無(wú)與倫比的靈活性和功能性，適用于物理科學(xué)和生命科學(xué)應(yīng)用。

iXon Life系列：專(zhuān)為熒光顯微鏡應(yīng)用而設(shè)計(jì)，性能卓越，價(jià)格極具競(jìng)爭(zhēng)力，?非常適合單分子檢測(cè)和活細(xì)胞顯微鏡觀察。

擁有業(yè)界領(lǐng)先的垂直轉(zhuǎn)移速度，顯著提升幀率并減少拖尾現(xiàn)象。在ROI或Binning模式下，速度更快。
iXon Ultra897：將像素讀取速度從標(biāo)準(zhǔn)的10MHz超頻至17MHz，幀率提升超過(guò)60%，達(dá)到全畫(huà)幅56幀/秒。
iXon Ultra888: 時(shí)鐘頻率躍升至30MHz！大靶面?zhèn)鞲衅饕材軐?shí)現(xiàn)視頻級(jí)幀率，在裁剪模式下，512x512（ROI）幀率最高可達(dá)93幀每秒！

iXon系列EMCCD采用背照式傳感器，QE超過(guò)90%，提供從UV到NIR的廣泛波長(zhǎng)覆蓋。其中新品iXon Ultra Blue在藍(lán)光和近紫外具備極致的靈敏度，非常適合離子阱量子系統(tǒng)成像，尤其是鐿-370nm、鎂-285nm或鍶-422nm等離子。

EXF涂層針對(duì)近紅外NIR優(yōu)化，采用邊緣抑制設(shè)計(jì)，有效抑制近紅外單色成像時(shí)干涉條紋振幅（Etaloning現(xiàn)象，在>750nm波長(zhǎng)尤為明顯），提升定量精度。

由于單個(gè)熱電子通過(guò)EMCCD的增益，即使在短時(shí)間曝光時(shí)，也會(huì)影響相機(jī)靈敏度，所以深度制冷至關(guān)重要。iXon最低可冷卻至-100℃，實(shí)現(xiàn)極低暗電流。

不同制冷溫度下獲取的圖像

Andor開(kāi)發(fā)永久真空UltraVac工藝，將背照式傳感器密封在真空中，保障制冷性能和QE。

iXon Ultra系列具有"二合一"模式，可作為單光子EMCCD或低噪聲傳統(tǒng)CCD運(yùn)行，用戶(hù)可通過(guò)軟件自行選擇。

在單光子的應(yīng)用中，選擇EMCCD放大器通常能在較快幀頻條件下獲得更好的信噪比。而在使用較長(zhǎng)曝光時(shí)間和傳感器緩慢讀出時(shí)，CCD放大器通常能獲得更好的信噪比。