發(fā)布時(shí)間：2020-12-10 03:11

　　熒光壽命顯微成像（Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy,FLIM）技術(shù)通過(guò)測(cè)量激發(fā)后的樣本的熒光壽命,對(duì)樣本所處的微觀環(huán)境進(jìn)行定量分析,廣泛應(yīng)用于生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、材料學(xué)等領(lǐng)域。然而目前FLIM的成像幀頻普遍較低,限制了其在生物檢測(cè),臨床診斷等高幀頻成像領(lǐng)域的應(yīng)用,本文針對(duì)這種現(xiàn)狀,研究了一種基于事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制的高速熒光壽命成像傳感器。本課題研究設(shè)計(jì)了一種基于事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制的FLIM傳感器。傳感器以單光子雪崩二極管（Single Photon Avalanche Diode,SPAD）陣列作為探測(cè)器,采用時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)技術(shù)（Time Correlated Single Photon Counting,TCSPC）測(cè)量熒光壽命。針對(duì)TCSPC-FLIM光子事件稀疏的特性,讀出電路采用事件驅(qū)動(dòng)的機(jī)制,每個(gè)SPAD像素的輸出通過(guò)異或樹(shù)的結(jié)構(gòu)合并到一條數(shù)據(jù)線上,通過(guò)該數(shù)據(jù)線上的光子事件驅(qū)動(dòng)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器直接生成光子計(jì)數(shù)直方圖,解決了傳統(tǒng)TCSPC系統(tǒng)因?yàn)樽x取大量冗余數(shù)據(jù)而帶來(lái)的低幀頻問(wèn)題。本文通過(guò)分析積分提取算法的精度與時(shí)間通道的關(guān)系,對(duì)TCSPC系統(tǒng)產(chǎn)... 

【文章來(lái)源】：天津大學(xué)天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：78 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 熒光壽命成像顯微鏡的概述
    1.2 FLIM傳感器的發(fā)展
        1.2.1 SPAD陣列
        1.2.2 系統(tǒng)架構(gòu)
        1.2.3 熒光壽命還原算法
    1.3 課題研究的意義
    1.4 課題研究的主要內(nèi)容
第2章 FLIM的原理與性能指標(biāo)
    2.1 熒光激發(fā)過(guò)程
    2.2 熒光壽命測(cè)量技術(shù)
        2.2.1 頻域
        2.2.2 時(shí)域
    2.3 FLIM的性能指標(biāo)
    2.4 本章小結(jié)
第3章 像素及讀出電路的理論研究
    3.1 SPAD像素
        3.1.1 SPAD器件結(jié)構(gòu)與工作原理
        3.1.2 淬滅電路
        3.1.3 SPAD的仿真模型
    3.2 時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器
        3.2.1 計(jì)數(shù)器型
        3.2.2 延遲線型
        3.2.3 游標(biāo)型
        3.2.4 脈沖收縮型
        3.2.5 無(wú)源插值型
    3.3 本章小結(jié)
第4章 IEM算法及其擴(kuò)展形式
    4.1 IEM算法
        4.1.1 算法理論
        4.1.2 誤差分析
    4.2 IEM算法的擴(kuò)展形式
        4.2.1 積分方式的擴(kuò)展
        4.2.2 時(shí)間通道的擴(kuò)展
    4.3 數(shù)值仿真
    4.4 本章小結(jié)
第5章 FLIM傳感器設(shè)計(jì)與仿真
    5.1 芯片架構(gòu)設(shè)計(jì)
    5.2 SPAD外圍電路
        5.2.1 淬滅電路
        5.2.2 XOR-tree
    5.3 地址記錄電路
    5.4 PLL設(shè)計(jì)
        5.4.1 PLL工作原理
        5.4.2 鑒頻鑒相器
        5.4.3 電荷泵
        5.4.4 環(huán)路濾波器
        5.4.5 壓控振蕩器
        5.4.6 分頻器
    5.5 PLL仿真結(jié)果
    5.6 TDC設(shè)計(jì)
        5.6.1 TDC結(jié)構(gòu)
        5.6.2 延遲線
        5.6.3 直方圖
        5.6.4 TDC的仿真結(jié)果
    5.7 算法設(shè)計(jì)
    5.8 芯片總體仿真
    5.9 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)與展望
    6.1 工作總結(jié)
    6.2 工作展望
參考文獻(xiàn)
發(fā)表論文和參加科研情況說(shuō)明
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]熒光壽命顯微成像技術(shù)及應(yīng)用的最新研究進(jìn)展[J]. 劉雄波,林丹櫻,吳茜茜,嚴(yán)偉,羅騰,楊志剛,屈軍樂(lè).  物理學(xué)報(bào). 2018(17)
[2]基于標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝的非接觸式保護(hù)環(huán)單光子雪崩二極管[J]. 吳佳駿,謝生,毛陸虹,朱帥宇.  光子學(xué)報(bào). 2018(01)
[3]熒光相關(guān)光譜在生物化學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用[J]. 黃茹,周小明.  激光生物學(xué)報(bào). 2013(04)
[4]熒光壽命成像技術(shù)及其研究進(jìn)展[J]. 劉超,周燕,王新偉,劉育梁.  激光與光電子學(xué)進(jìn)展. 2011(11)



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