ES2573955B2

ES2573955B2 - Computer system, method and program for the measurement and analysis of temporary light signals

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Publication number: ES2573955B2
Application number: ES201431646A
Authority: ES
Inventors: Guillermo MUÑOZ MATUTANO; Salvador Sales Maicas; Raúl GARCÍA CALZADA; Josep Canet Ferrer; Juan P. MARTÍNEZ PASTOR
Original assignee: Universidad Politecnica de Valencia; Universitat de Valencia
Current assignee: Universidad Politecnica de Valencia; Universitat de Valencia
Priority date: 2014-11-11
Filing date: 2014-11-11
Publication date: 2017-03-16
Anticipated expiration: 2034-11-11
Also published as: WO2016075342A1; ES2573955A1

Abstract

Sistema, método y programa de ordenador para la medida y análisis de señales luminosas temporales.#El sistema está previsto para el análisis de señales luminosas pulsadas moduladas temporalmente según una frecuencia fe y comprende:#- medios de conversión tiempo-espacio que comprenden:#- unos medios de deflexión (3) para recibir una señal luminosa variable temporalmente (Sr) y convertirla en una variable espacialmente (Or), y#- unos medios de control (6) que controlan a los medios de deflexión (3) para que operen con una frecuencia de deflexión fd tal que:#{IMAGEN-01}#donde n es un número natural distinto de cero;#- medios de foto-detección multicanal (4) para detectar la señal luminosa variable espacialmente (Or); y#- medios de procesamiento (5) para procesar la señal luminosa variable espacialmente (Or).#El método está adaptado para utilizar el sistema de la invención y el programa de ordenador implementa el procesamiento de datos del método.Computer system, method and program for the measurement and analysis of temporary light signals. # The system is intended for the analysis of pulsed light signals temporarily modulated according to a faith frequency and comprises: # - means of space-time conversion comprising: # - deflection means (3) to receive a temporarily variable light signal (Sr) and convert it into a spatially variable (Or), and # - control means (6) that control the deflection means (3) so that operate with a frequency of deflection fd such that: # {IMAGE-01} # where n is a non-zero natural number; # - multichannel photo-detection means (4) to detect the spatially variable light signal (Or); and # - processing means (5) for processing the spatially variable light signal (Or). # The method is adapted to use the system of the invention and the computer program implements the method data processing.

Description

Computer system, method and program for the measurement and analysis of temporary light signals

Sector de la técnica La presente invención concierne en general, en un primer aspecto, a un sistema para la medida y análisis de señales luminosas temporales, que comprende medios de conversión tiempo-espacio para transformar, por deflexión, una señal luminosa variable temporalmente en una señal luminosa variable espacialmente, y medios para detectar y analizar esta última, y más particularmente a un sistema previsto para el análisis de señales luminosas pulsadas moduladas temporalmente que permite variar la frecuencia de deflexión para sincronizarla con la de la modulación temporal de las señales luminosas pulsadas. TECHNICAL FIELD The present invention generally concerns, in a first aspect, a system for the measurement and analysis of temporary light signals, which comprises means of space-time conversion to transform, by deflection, a light signal temporarily variable in a spatially variable light signal, and means for detecting and analyzing the latter, and more particularly to a system intended for the analysis of pulsed light signals temporarily modulated that allows varying the frequency of deflection to synchronize it with that of the temporary modulation of the pulsed light signals .

En un segundo aspecto, la presente invención concierne un método adaptado para utilizar el sistema del primer aspecto. In a second aspect, the present invention concerns a method adapted to use the system of the first aspect.

Un tercer aspecto de la presente invención concierne a un programa de ordenador que implementa el procesamiento de datos del método del segundo aspecto de la invención. A third aspect of the present invention concerns a computer program that implements the data processing of the method of the second aspect of the invention.

La invención es particularmente aplicable a la medida de señales luminosas emitidas por fotoluminiscencia por una muestra. The invention is particularly applicable to the measurement of light signals emitted by photoluminescence by a sample.

Estado de la técnica anterior Las técnicas de fotoluminiscencia (o fluorescencia) resuelta en tiempo son técnicas de análisis usuales de estados electrónicos con transiciones ópticas de especies en Química Orgánica, Química Inorgánica, Bioquímica, Biología Molecular, así como también en Ciencia de Materiales y Estado Sólido. Dicha técnica es una herramienta de gran capacidad pues ofrece un análisis directo de la longitud de onda, de la intensidad del pico de fotoluminiscencia/fluorescencia, como del tiempo de vida del estado electrónico responsable de la fotoluminiscencia/fluorescencia. Típicamente, el dispositivo experimental de fotoluminiscencia está compuesto por un láser de excitación, un espectrómetro y un detector monocanal o multicanal (aunque en este último caso la combinación de espectrómetro + CCD se denominaría espectrógrafo). PRIOR ART The time-resolved photoluminescence (or fluorescence) techniques are usual analysis techniques of electronic states with optical transitions of species in Organic Chemistry, Inorganic Chemistry, Biochemistry, Molecular Biology, as well as Materials and State Science Solid. This technique is a high capacity tool because it offers a direct analysis of the wavelength, the intensity of the photoluminescence / fluorescence peak, and the lifetime of the electronic state responsible for the photoluminescence / fluorescence. Typically, the experimental photoluminescence device is composed of an excitation laser, a spectrometer and a single-channel or multi-channel detector (although in the latter case the combination of spectrometer + CCD would be called a spectrograph).

El valor del tiempo de vida puede depender de muchos factores, como por ejemplo de la interacción de la molécula responsable de la fluorescencia con el medio que la rodee, por lo The value of the life time can depend on many factors, such as the interaction of the molecule responsible for fluorescence with the surrounding environment, so

que también se puede utilizar como magnitud representativa en técnicas de bio-diagnóstico usando bio-marcadores fluorescentes. Su medida experimental se extrae del transitorio de fotoluminiscencia/fluorescencia del sistema emisor bajo estudio, cuando es excitado ópticamente (láser) o eléctricamente (diodo). En el caso de usar una fuente óptica de excitación, se usan láseres pulsados, con una anchura de pulso y una frecuencia de repetición adecuada a la resolución temporal necesitada (las más usuales varían entre los nanosegundos (ns) y los microsegundos (s)). Además del láser de excitación, suele usarse un espectrómetro para seleccionar la longitud de onda de la fotoluminiscencia/fluorescencia (o bien un filtro pasa-banda adecuado), así como una electrónica de correlación temporal de fotones (conocida típicamente como tarjeta TCSPC), que usa la señal del láser de excitación en su puerta de disparo (o parada) y la señal a analizar en su puerta de parada (o disparo), usando en esta última puerta un detector monocanal para contaje de fotones adecuado a las necesidades concretas de sensibilidad y resolución temporal requerida (tipo APD –fotodiodo de avalancha- o un fotomultiplicador). La electrónica TCSPC es el elemento principal de la técnica, usada por la mayoría de sistemas comerciales. which can also be used as representative magnitude in bio-diagnostic techniques using fluorescent bio-markers. Its experimental measurement is taken from the transient photoluminescence / fluorescence of the emitting system under study, when it is excited optically (laser) or electrically (diode). In the case of using an optical source of excitation, pulsed lasers are used, with a pulse width and a repetition frequency appropriate to the temporal resolution needed (the most usual vary between nanoseconds (ns) and microseconds (s) ). In addition to the excitation laser, a spectrometer is usually used to select the wavelength of the photoluminescence / fluorescence (or a suitable pass-band filter), as well as a temporary photon correlation electronics (typically known as a TCSPC card), which it uses the signal of the excitation laser in its firing gate (or stop) and the signal to be analyzed in its stopping gate (or firing), using in this last door a single-channel detector for photon counting adapted to the specific sensitivity needs and temporary resolution required (APD type - avalanche photo diode - or a photomultiplier). TCSPC electronics is the main element of the technique, used by most commercial systems.

La interferometría de intensidad usando dispositivos experimentales del tipo Hanbury Brown &Twiss (conocido como HBT), es otra de las técnicas de caracterización de luz que se basa en el uso de las tarjetas TCSPC. Desde que Hanbury, Brown & Twiss propusieron su montaje experimental para medir extensiones estelares, la técnica se ha desarrollado en múltiples campos, como por ejemplo la óptica cuántica, la física de partículas o en nanotecnología. Actualmente es una técnica ampliamente usada en la caracterización de nanoestructuras cuánticas, las cuales podrían ser la base de posibles diodos emisores de fotones uno a uno o fotones entrelazados, o para el estudio de la interacción entre fotones una vez han sido emitidos. En la técnica HBT, la señal a analizar se divide en dos caminos, uno que se conectará a la puerta de disparo (START) de la tarjeta TCSPC y otro, que añade un retraso temporal respecto al primero, que se conectará a la puerta de parada (STOP) de esta misma tarjeta. Con estos sistemas se consigue medir experimentalmente la función de correlación de segundo orden (g2(τ)) de un emisor dado. El patrón de g2(τ) en función del retraso entre los canales START y STOP está directamente relacionado con la estadística de emisión de fotones. Se dice que para una estadística de emisión térmica se obtiene un patrón de “fotones agrupados” (en inglés “bunched”), para una estadística de emisión aleatoria se obtiene un patrón plano (g2(τ) = 1), mientras que para una emisión de fotones uno a uno se obtiene un patrón de “fotones anti-agrupados” (en inglés “antibunched”). Hoy día en la técnica HBT se usan habitualmente los detectores APD, pues tienen altas eficiencias de detección y son suficientemente rápidos para poder resolver temporalmente el proceso físico de la emisión (del orden del ns), como es el caso del tiempo de vida de un Intensity interferometry using experimental devices of the Hanbury Brown & Twiss type (known as HBT), is another of the light characterization techniques that is based on the use of TCSPC cards. Since Hanbury, Brown & Twiss proposed their experimental setup to measure stellar extensions, the technique has been developed in multiple fields, such as quantum optics, particle physics or nanotechnology. It is currently a technique widely used in the characterization of quantum nanostructures, which could be the basis of possible emitting diodes of one-to-one photons or interlaced photons, or for the study of the interaction between photons once they have been emitted. In the HBT technique, the signal to be analyzed is divided into two paths, one that will be connected to the trigger gate (START) of the TCSPC card and the other, which adds a temporary delay from the first one, which will be connected to the gate. stop (STOP) of this same card. With these systems, the second order correlation function (g2 (τ)) of a given emitter is experimentally measured. The pattern of g2 (τ) as a function of the delay between the START and STOP channels is directly related to the photon emission statistics. It is said that for a thermal emission statistic a pattern of “clustered photons” (in English “bunched”) is obtained, for a random emission statistic a flat pattern is obtained (g2 (τ) = 1), while for a emission of photons one by one you get a pattern of "anti-clustered photons" (in English "antibunched"). Nowadays in the HBT technique, APD detectors are usually used, since they have high detection efficiencies and are fast enough to be able to temporarily resolve the physical process of the emission (of the order of ns), as is the case of the life time of a

punto cuántico semiconductor, pero también de muchas otras moléculas orgánicas (con tiempos más cercanos a los s). En estos experimentos, debido a que el rango temporal de análisis y la intensidad de la emisión del sistema físico son pequeños, la obtención de una muestra que permita reconstruir una estadística de emisión fiable suele requerir tiempos de integración del orden de las horas. semiconductor quantum point, but also of many other organic molecules (with times closer to s). In these experiments, because the temporal range of analysis and the intensity of the physical system emission are small, obtaining a sample that allows to reconstruct a reliable emission statistic usually requires integration times of the order of the hours.

En la actualidad la técnica más usada para realizar medidas ópticas de tiempo de vida se basan en la técnica de correlación temporal de contaje de fotones (Time Correlated Single Photon Counting (TCSPC)), aunque existen otras como las basadas en el uso de Cámaras “Streak”, técnicas de “up-conversion”, sincronizado estroboscópico o métodos “boxcar”. Currently, the most commonly used technique to perform optical measurements of life time is based on the technique of temporary correlation of Photon Counting (TCSPC), although there are others such as those based on the use of Cameras “ Streak ”, up-conversion techniques, strobe synchronized or“ boxcar ”methods.

A continuación se citan una serie de referencias, que incluyen artículos y documentos de patente, que reflejan el estado de la técnica de la presente invención. A series of references, including articles and patent documents, which reflect the state of the art of the present invention are cited below.

En el artículo “Stroboscopic fluorescence lifetime imaging", Holton M D et al, OPTICS EXPRESS, Vol. 17, Nº. 7, 2009, se describe un dispositivo para la medida de imagen de tiempo de vida de fluorescencia con condición estroboscópica que usa la respuesta integrada en tiempo de una excitación óptica periódica. El láser pulsado se acopla a un microscopio de fluorescencia y una cámara. La muestra no se ilumina directamente. Tienen un espejo dicroico pero no lo rotan. Además, este sincronizado estroboscópico se basa en el barrido de la frecuencia de repetición del láser (o LED modulado) de excitación, para contrastar la señal de fluorescencia detectada con un detector monocanal dc en función de dicho barrido. La medida quedará, por tanto, determinada por dos frecuencias, la In the article "Stroboscopic fluorescence lifetime imaging", Holton MD et al, OPTICS EXPRESS, Vol. 17, No. 7, 2009, a device for measuring the life time image of fluorescence with strobe condition using the response is described integrated in time of a periodic optical excitation.The pulsed laser is coupled to a fluorescence microscope and a camera.The sample does not illuminate directly.They have a dichroic mirror but do not rotate it.In addition, this synchronized strobe is based on the scanning of the frequency of repetition of the excitation laser (or modulated LED), to contrast the fluorescence signal detected with a single channel dc detector based on said scan. The measurement will therefore be determined by two frequencies, the

característica del tiempo de vida del emisor estudiado (γ = 1/ , donde  es el tiempo de vida de la fluorescencia) y la frecuencia de repetición del láser de la fuente de excitación (frep). El funcionamiento del dispositivo propuesto en dicho artículo no incluye hacer rotar el espejo ni utilizarlo para relacionar una medida temporal con una espacial. characteristic of the lifetime of the emitter studied (γ = 1 / , where  is the lifetime of the fluorescence) and the repetition frequency of the excitation source laser (frep). The operation of the device proposed in that article does not include rotating the mirror or using it to relate a temporal measure with a spatial one.

En la solicitud US20010050334 se describe un método y aparato para medir pulsos electromagnéticos como una función del tiempo. Se usa un modulador óptico en combinación con una cámara “Streak”. El modulador electro-óptico transforma la intensidad óptica en una señal eléctrica proporcional que se deflecta por la interacción con un campo eléctrico. Este dispositivo permite medir tiempos de vida pero no usa ningún espejo. In US20010050334, a method and apparatus for measuring electromagnetic pulses as a function of time is described. An optical modulator is used in combination with a “Streak” camera. The electro-optical modulator transforms the optical intensity into a proportional electrical signal that is deflected by the interaction with an electric field. This device allows to measure life times but does not use any mirror.

En el artículo “Versatile high speed rotating mirror cameras”, A. Skinner, J. SCI. Insirum., VOL. 39, 1962, y en la patente US8107809 se describen tecnologías de fotografía de ultraIn the article "Versatile high speed rotating mirror cameras", A. Skinner, J. SCI. Insirum., VOL. 39, 1962, and ultra photography technologies are described in US8107809.

alta velocidad utilizando espejos rotatorios, siendo un tipo de dispositivo de captura de sucesión de imágenes que comparte algunos elementos con las cámaras con espejo rotatorio pero sin la matriz de lentes. En el artículo mencionado se expone un método para realizar capturas individualizadas de una imagen estática en una película fotográfica fija, y se menciona su utilidad para capturar eventos rápidos y registrarlos en una película fotográfica. El método propuesto en dicho artículo incluye el uso de un fotomultiplicador, así como la sincronización de la captura del evento al ser fotografiado con la rotación del espejo, pero no la sincronización de la excitación y el elemento deflector. Además, este tipo de captura se realiza con una sola adquisición. Por otra parte, en US8107809 usan una CCD. Ni en el citado artículo ni en US8107809 se propone la medición de tiempos de vida. High speed using rotating mirrors, being a type of image succession capture device that shares some elements with cameras with a rotating mirror but without the lens array. In the mentioned article, a method for making individual captures of a static image in a still photographic film is described, and its usefulness is mentioned to capture fast events and record them in a photographic film. The method proposed in said article includes the use of a photomultiplier, as well as the synchronization of the capture of the event when photographed with the rotation of the mirror, but not the synchronization of the excitation and the deflector element. In addition, this type of capture is done with a single acquisition. On the other hand, in US8107809 they use a CCD. Neither in said article nor in US8107809 is the measurement of life times proposed.

En la patente US6809816 se propone un dispositivo para medir el tiempo de caída de fluorescencia, que comprende un láser, un espejo dicroico y un fotomultiplicador. No se propone en dicha patente la realización de ninguna sincronización ni aplicar una condición estroboscópica. In US6809816 a device for measuring the time of fluorescence fall is proposed, which comprises a laser, a dichroic mirror and a photomultiplier. It is not proposed in said patent to perform any synchronization or apply a strobe condition.

En la solicitud US20130087718 se describe un dispositivo de medida de imagen de tiempo de vida de fluorescencia confocal, que comprende una fuente de excitación de luz que ilumina un área concreta y usa un espejo para escanear y obtener información de distintas partes de la muestra, así como un detector dispuesto para funcionar en sincronización con la luz pulsada de la fuente de excitación que permite la medida de la fluorescencia resuelta en el tiempo. No se propone en dicha solicitud sincronizar la frecuencia de la excitación con la frecuencia de giro del espejo. In US20130087718, a confocal fluorescence life time image measuring device is described, which comprises a light excitation source that illuminates a specific area and uses a mirror to scan and obtain information from different parts of the sample, as well as a detector arranged to operate in synchronization with the pulsed light of the excitation source that allows the measurement of the resolved fluorescence over time. It is not proposed in said application to synchronize the frequency of the excitation with the frequency of rotation of the mirror.

En la patente US7453567 se describe un dispositivo y método de medida de imagen de distribución de tiempo de vida de fluorescencia. Consta de un láser pulsado y una cámara “Streak”, usan un espejo mediante el que realizan un escaneado en superficie. El periodo del pulso de excitación de la luz emitida se sincroniza con el periodo de barrido de la cámara “Streak”. US7453567 describes a device and method of measuring the fluorescence lifetime distribution image. It consists of a pulsed laser and a “Streak” camera, they use a mirror through which they perform a surface scan. The period of the excitation pulse of the emitted light is synchronized with the scanning period of the “Streak” camera.

Finalmente, en la patente US5636050 se describe el uso de una cámara “Streak” para la medida de pulsos electromagnéticos que incluye un colimador óptico, un deflector óptico, un detector y un elemento de visualización. Se basan en la variación del índice de refracción del medio en función del tiempo. Sin embargo no realizan la deflexión con un sistema que varía la frecuencia de deflexión. La sincronización se realiza entre la excitación y la captura en el elemento de visualización. En este caso la deflexión se realiza sin usar una conversión Finally, US5636050 describes the use of a "Streak" camera for measuring electromagnetic pulses that includes an optical collimator, an optical deflector, a detector and a display element. They are based on the variation of the refractive index of the medium as a function of time. However, they do not perform deflection with a system that varies the frequency of deflection. Synchronization is performed between excitation and capture in the display element. In this case the deflection is done without using a conversion

a electrones. El sistema descrito en esta patente reúne los elementos del preámbulo de la reivindicación 1 de la presente invención. to electrons The system described in this patent brings together the elements of the preamble of claim 1 of the present invention.

Explicación de la invención Resulta necesario ofrecer una alternativa al estado de la técnica, que permita obtener un sistema y un método más eficientes y ventajosos que los conocidos, en particular que los divulgados por US5636050, y más en particular en relación al mecanismo de sincronización utilizado, que incluya la variación controlada de la frecuencia de deflexión. Explanation of the invention It is necessary to offer an alternative to the state of the art, which makes it possible to obtain a more efficient and advantageous system and method than those known, in particular those disclosed by US5636050, and more particularly in relation to the synchronization mechanism used , which includes the controlled variation of the deflection frequency.

Con tal fin, la presente invención concierne, en un primer aspecto, a un sistema para la medida y análisis de señales luminosas temporales, que comprende: To this end, the present invention concerns, in a first aspect, a system for the measurement and analysis of temporary light signals, comprising:

--: medios de conversión tiempo-espacio que comprenden unos medios de deflexión configurados y dispuestos para recibir una señal luminosa variable temporalmente y convertirla en una señal luminosa variable espacialmente; time-to-space conversion means comprising deflection means configured and arranged to receive a temporarily variable light signal and convert it into a spatially variable light signal;

--: medios de foto-detección multicanal configurados y dispuestos para detectar dicha señal luminosa variable espacialmente; y multichannel photo-detection means configured and arranged to detect said spatially variable light signal; Y

--: medios de procesamiento en conexión con dichos medios de foto-detección multicanal y configurados y dispuestos para recibir y procesar unos datos proporcionados por éstos y correspondientes o asociados a unos valores que la señal luminosa variable espacialmente tiene en cada uno de los canales de los medios de foto-detección multicanal. processing means in connection with said multichannel photo-detection means and configured and arranged to receive and process data provided by them and corresponding or associated to values that the spatially variable light signal has in each of the channels of the media of multichannel photo detection.

A diferencia de los sistemas conocidos, el propuesto por el primer aspecto de la invención está previsto para el análisis de señales luminosas pulsadas moduladas temporalmente según una frecuencia de excitación fe y dichos medios de conversión tiempo-espacio comprenden unos medios de control que controlan a dichos medios de deflexión para que operen sincronizadamente con dicha modulación temporal con una frecuencia de deflexión fd tal que: Unlike the known systems, the one proposed by the first aspect of the invention is provided for the analysis of pulsed light signals temporarily modulated according to an excitation frequency fe and said time-to-space conversion means comprise control means that control said deflection means to operate synchronously with said temporal modulation with a deflection frequency fd such that:

fe faith

ൌ݊
݂ ݂ ൌ ݊
݂ ݂

donde n es un número natural distinto de cero. where n is a natural number other than zero.

Según un ejemplo de realización, los medios de deflexión comprenden como mínimo un elemento deflector de luz configurado y dispuesto para dirigir secuencialmente, bajo el control de los medios de control, diferentes porciones temporales de la señal luminosa variable temporalmente a unas correspondientes diferentes zonas de foto-detección de los medios de foto-detección multicanal, cada una asociada como mínimo a uno de los canales de foto-detección. According to an exemplary embodiment, the deflection means comprise at least one light deflector element configured and arranged to sequentially direct, under the control of the control means, different temporary portions of the light signal temporarily variable to corresponding different photo areas -detection of multichannel photo-detection means, each associated with at least one of the photo-detection channels.

De acuerdo a un ejemplo de realización preferido, el elemento (o elementos) deflector de luz es desplazable bajo el control de los medios de control para producir el citado direccionamiento de las diferentes porciones temporales de la señal luminosa variable temporalmente a las correspondientes diferentes zonas de foto-detección de los medios de foto-detección multicanal. According to a preferred embodiment, the light deflector element (or elements) is movable under the control of the control means to produce said addressing of the different temporal portions of the temporarily variable light signal to the corresponding different zones of photo-detection of multichannel photo-detection means.

Para una variante de dicho ejemplo de realización preferido, el elemento (o elementos) deflector de luz es desplazable rotatoriamente alrededor de como mínimo un eje de giro, y está dispuesto para que en función de su posición angular dirija a la señal luminosa variable temporalmente, incidente sobre el mismo, hacia una u otra de las zonas de foto-detección de los medios de foto-detección multicanal, donde fd corresponde a la frecuencia de giro del elemento deflector de luz alrededor de dicho eje de giro. For a variant of said preferred embodiment, the light deflector element (or elements) is rotatably rotatable about at least one axis of rotation, and is arranged so that, depending on its angular position, it directs the temporarily variable light signal, incident thereon, towards one or the other of the photo-detection zones of the multi-channel photo-detection means, where fd corresponds to the frequency of rotation of the light deflector element around said axis of rotation.

El elemento (o elementos) deflector de luz desvía la luz por reflexión y/o por transmisión, en función del ejemplo de realización. The light deflector element (or elements) deflects the light by reflection and / or by transmission, depending on the embodiment.

De acuerdo con un ejemplo de realización, el elemento (o elementos) deflector de luz comprende como mínimo un espejo con una o más caras reflectantes. According to an embodiment, the light deflector element (or elements) comprises at least one mirror with one or more reflective faces.

Por lo que se refiere a los medios de deflexión, éstos comprenden, en función del ejemplo de realización, uno o más de los siguientes dispositivos: actuadores galvanométricos, electromecánicos, micro-electromecánicos (MEMS), o mecánicos, que contengan medios deflectores basados en reflexión, difracción o transmisión de luz, como también deflectores acusto-ópticos y/o electro-ópticos, resonadores de micro-anillos o una combinación de cualquiera de estos elementos, en variedad o número. As regards the deflection means, these comprise, depending on the exemplary embodiment, one or more of the following devices: galvanometric, electromechanical, micro-electromechanical (MEMS), or mechanical actuators, which contain deflector means based on reflection, diffraction or transmission of light, as well as acoustic-optical and / or electro-optical baffles, micro-ring resonators or a combination of any of these elements, in variety or number.

El sistema propuesto por el primer aspecto de la invención está aplicado, de manera preferida, a la medida y el análisis de los tiempos de vida de transiciones ópticas, o de variables relacionadas con dichos tiempos de vida. The system proposed by the first aspect of the invention is preferably applied to the measurement and analysis of the life times of optical transitions, or of variables related to said life times.

Aunque el sistema propuesto por el primer aspecto de la invención es aplicable, para un ejemplo de realización, a una señal luminosa modulada temporalmente de manera previa mediante unos medios de modulación temporal no incluidos en el sistema, para un ejemplo de realización preferido el sistema propuesto por el primer aspecto de la invención comprende unos medios de modulación temporal encargados de llevar a cabo la citada Although the system proposed by the first aspect of the invention is applicable, for an exemplary embodiment, to a light signal that was previously temporarily modulated by means of temporary modulation means not included in the system, for a preferred embodiment the proposed system by the first aspect of the invention it comprises means of temporary modulation responsible for carrying out said

modulación temporal de las señales luminosas pulsadas según dicha frecuencia de excitación fe. temporal modulation of the pulsed light signals according to said excitation frequency fe.

Preferentemente, el sistema propuesto por el primer aspecto de la presente invención está aplicado a la medida de señales luminosas emitidas por fotoluminiscencia por una muestra. Los medios de modulación temporal comprenden una fuente de excitación óptica pulsada, que en particular constará de un láser. La fuente de luz quedará configurada y dispuesta para excitar a dicha muestra con una determinada frecuencia de excitación fe. La emisión óptica de la muestra, quedará modulada temporalmente por medio de dicha excitación pulsada. Preferably, the system proposed by the first aspect of the present invention is applied to the measurement of light signals emitted by photoluminescence by a sample. Temporary modulation means comprise a pulsed optical excitation source, which in particular will consist of a laser. The light source will be configured and arranged to excite said sample with a certain frequency of excitation faith. The optical emission of the sample will be temporarily modulated by means of said pulsed excitation.

Según un ejemplo de realización, los medios de foto-detección multicanal comprenden una disposición ordenada de elementos foto-detectores, por ejemplo del tipo CCD (siglas de los términos en inglés “Charge-Coupled Device”: dispositivo con carga acoplada). Los medios de procesamiento están programados para realizar el mencionado análisis de la señal luminosa modulada temporalmente mediante una integración, durante un tiempo determinado, de los datos recibidos en cada uno de dichos elementos foto-detectores. Este tiempo determinado de integración repercutirá en la relación señal ruido de la medida. Esto se debe a que el sistema ha convertido previamente los fenómenos temporales en fenómenos espaciales. According to an exemplary embodiment, the multichannel photo-sensing means comprise an ordered arrangement of photo-detector elements, for example of the CCD type (acronym for the English terms "Charge-Coupled Device": device with coupled load). The processing means are programmed to perform the aforementioned analysis of the temporarily modulated light signal by means of an integration, for a certain time, of the data received in each of said photo-detector elements. This specific integration time will have an impact on the signal to noise ratio of the measurement. This is because the system has previously converted temporal phenomena into spatial phenomena.

Para un ejemplo de realización, el sistema propuesto por el primer aspecto de la invención comprende un divisor óptico configurado y dispuesto para separar la señal luminosa en dos correspondientes sub-señales luminosas y dirigirlas a dos regiones diferenciadas de los medios de deflexión, estando los medios de deflexión configurados y dispuestos para, bajo el control de los medios de control, enviar una de dichas sub-señales luminosas a una de dos agrupaciones de canales de los medios de foto-detección multicanal y enviar la otra sub-señal luminosa a la otra agrupación de canales de los medios de foto-detección multicanal. For an exemplary embodiment, the system proposed by the first aspect of the invention comprises an optical splitter configured and arranged to separate the light signal into two corresponding light sub-signals and direct them to two distinct regions of the deflection means, the means being of deflection configured and arranged to, under the control of the control means, send one of said light sub-signals to one of two channel groupings of the multi-channel photo-sensing means and send the other light sub-signal to the other Channel grouping of multichannel photo-sensing media.

Para otro ejemplo de realización, que no es aplicable a medidas de correlación, el número de sub-señales luminosas es superior a dos. For another embodiment, which is not applicable to correlation measures, the number of light sub-signals is greater than two.

Según una variante de dicho ejemplo de realización, el sistema comprende un elemento óptico retardador configurado y dispuesto en el camino de una de dichas sub-señales luminosas para retardar su llegada a los medios de deflexión con respecto a la llegada de la otra sub-señal luminosa. According to a variant of said embodiment, the system comprises a retarding optical element configured and arranged in the path of one of said luminous sub-signals to delay its arrival at the deflection means with respect to the arrival of the other sub-signal. bright.

De acuerdo con un ejemplo de realización, relativo a la mencionada aplicación del sistema a la medida de señales luminosas emitidas por fotoluminiscencia por una muestra y a la inclusión de como mínimo dicho divisor óptico (ventajosamente también de dicho elemento óptico retardador), y en particular a la realización de medidas de correlación, los medios de foto-detección multicanal comprenden una disposición ordenada de elementos fotodetectores que incluye dos sub-disposiciones diferenciadas (que se denominarán R y L en lo subsecuente), cada una de ellas constituyendo una respectiva de dichas dos agrupaciones de canales receptoras de las dos sub-señales luminosas, y los medios de procesamiento están programados para realizar el análisis de señales luminosas temporales implementando técnicas de análisis de estadística de emisión de fotones, procesando los datos proporcionados por los medios de foto-detección multicanal en cada una de dichas sub-disposiciones ordenadas de elementos foto-detectores utilizando una función de correlación de orden 2, g2(τ), donde τ equivale al retardo existente entre cada una de las sub-señales luminosas According to an example of embodiment, relative to the aforementioned application of the system to the measurement of light signals emitted by photoluminescence by a sample and to the inclusion of at least said optical splitter (advantageously also of said retarding optical element), and in particular to the realization of correlation measures, the multichannel photo-detection means comprise an ordered arrangement of photodetector elements that includes two differentiated sub-provisions (which will be referred to as R and L in the following), each constituting a respective one of said two groupings of receiving channels of the two light sub-signals, and the processing means are programmed to perform the analysis of temporary light signals by implementing photon emission statistics analysis techniques, processing the data provided by the multichannel photo-detection means in each of these sub-provisions orders das of photo-detector elements using a correlation function of order 2, g2 (τ), where τ equals the delay between each of the light sub-signals

Para otro ejemplo de realización, el sistema propuesto por el primer aspecto de la invención comprende un elemento óptico separador configurado y dispuesto para separar espacialmente a la señal luminosa en un continuo de sub-señales luminosas con diferentes longitudes de onda, dispersándolas según un eje Y, y dirigirlas a unas respectivas regiones diferenciadas de los medios de deflexión, estando los medios de deflexión configurados y dispuestos para, bajo el control de los medios de control, enviar cada una de las subseñales luminosas a unas respectivas agrupaciones de canales de los medios de fotodetección multicanal ordenadas según un eje Y. For another example of embodiment, the system proposed by the first aspect of the invention comprises a separating optical element configured and arranged to spatially separate the light signal in a continuum of luminous sub-signals with different wavelengths, dispersing them along a Y axis. , and directing them to respective differentiated regions of the deflection means, the deflection means being configured and arranged to, under the control of the control means, send each of the luminous sub-signals to respective channel groupings of the media of multichannel photodetection arranged according to a Y axis.

De acuerdo con una variante de dicho ejemplo de realización, relativo a la mencionada aplicación del sistema a la medida de señales luminosas emitidas por fotoluminiscencia por una muestra, los medios de foto-detección multicanal comprenden una disposición ordenada de elementos foto-detectores en forma de cuadrícula (por ejemplo una matriz CCD) donde cada una de dichas agrupaciones de canales está formada por una respectiva fila de elementos de foto-detección que se extiende según un eje X y que se encuentran apiladas la una sobre la otra según dicho eje Y, conformando dicha cuadrícula, de manera que los datos proporcionados por la cuadrícula de elementos foto-detectores se corresponden respectivamente con variaciones de longitud de onda, según el eje Y, y con variaciones temporales, según el eje X, y los medios de procesamiento están programados para realizar dicho análisis de señales luminosas temporales implementando técnicas de According to a variant of said exemplary embodiment, relative to the aforementioned application of the system to the measurement of light signals emitted by photoluminescence by a sample, the multichannel photo-detection means comprise an ordered arrangement of photo-detector elements in the form of grid (for example a CCD matrix) where each of said channel groupings is formed by a respective row of photo-sensing elements that extend along an X axis and which are stacked on top of each other along said Y axis, conforming said grid, so that the data provided by the grid of photo-detector elements correspond respectively with wavelength variations, according to the Y axis, and with temporary variations, according to the X axis, and the processing means are programmed to perform said analysis of temporary light signals by implementing techniques of

fotoluminiscencia resuelta en tiempo y espectralmente, procesando los datos proporcionados por la cuadrícula de elementos foto-detectores. photoluminescence resolved in time and spectrally, processing the data provided by the grid of photo-detector elements.

Un segundo aspecto de la presente invención concierne a un método para la medida y análisis de señales luminosas temporales, que comprende: A second aspect of the present invention concerns a method for measuring and analyzing temporal light signals, which comprises:

--: recibir una señal luminosa variable temporalmente y convertirla en una señal luminosa variable espacialmente, utilizando unos medios de conversión tiempo-espacio que comprenden unos medios de deflexión; receiving a temporarily variable light signal and converting it into a spatially variable light signal, using time-space conversion means comprising deflection means;

--: detectar dicha señal luminosa variable espacialmente en unos medios de fotodetección multicanal; y detecting said spatially variable light signal in multichannel photodetection means; Y

--: recibir y procesar, mediante unos medios de procesamiento, unos datos proporcionados por dichos medios de foto-detección multicanal y correspondientes o asociados a unos valores que la señal luminosa variable espacialmente tiene en cada uno de los canales de los medios de foto-detección multicanal. receiving and processing, by means of processing means, data provided by said multichannel photo-detection means and corresponding or associated to values that the spatially variable light signal has in each of the channels of the multichannel photo-detection means.

A diferencia de los métodos conocidos, el propuesto por el segundo aspecto de la invención está previsto para el análisis de señales luminosas pulsadas moduladas temporalmente según una frecuencia de excitación fe y comprende controlar a dichos medios de deflexión para que operen sincronizadamente con dicha modulación temporal con una frecuencia de deflexión fd tal que: Unlike the known methods, the one proposed by the second aspect of the invention is intended for the analysis of pulsed light signals temporarily modulated according to an excitation frequency fe and comprises controlling said deflection means to operate synchronously with said temporary modulation with a deflection frequency fd such that:

݂e ݂ e

ൌ݊
݂ ݂ ൌ ݊
݂ ݂

El método propuesto por el segundo aspecto de la invención está adaptado para utilizar el sistema del primer aspecto. The method proposed by the second aspect of the invention is adapted to use the system of the first aspect.

Para un ejemplo de realización relativo a la realización de medidas de correlación, el método propuesto por el segundo aspecto de la invención comprende utilizar el sistema del primer aspecto de acuerdo con el ejemplo de realización explicado anteriormente asociado a la implementación de técnicas de análisis de estadística de emisión de fotones, para: For an exemplary embodiment related to the realization of correlation measures, the method proposed by the second aspect of the invention comprises using the system of the first aspect according to the example of embodiment explained above associated with the implementation of statistical analysis techniques. of photon emission, for:

--: generar dos conjuntos de valores R y L, cada uno de ellos con los datos proporcionados por una respectiva sub-disposición ordenada de Xc elementos fotodetectores (píxeles) que contendrán como máximo n y al menos un pulso de luz; y generate two sets of R and L values, each with the data provided by a respective ordered sub-arrangement of Xc photodetector elements (pixels) that will contain at most n and at least one pulse of light; Y

--: calcular la función de correlación de orden 2, g2(τ), mediante la siguiente expresión: calculate the correlation function of order 2, g2 (τ), using the following expression:

ሻ/݊௜
ܮ ௜
ܴ ௜ୀଵ ௡∑ሺൌሻݐሺଶ
݃ ሻ / ݊ ௜
ܮ ௜
ܴ ௜ ୀଵ ௡∑ ሺ ൌ ሻ ݐ ሺ ଶ
݃

௜
ܮ ௜ୀଵ௡∑∗௜
ܴ ௜ୀଵ௡∑
݊݊ ௜
ܮ ௜ ୀଵ ௡∑ ∗ ௜
ܴ ௜ ୀଵ ௡∑
݊݊

Donde R y L representan los subconjuntos de datos que contienen como máximo n medidas y al menos una medida cada uno, correspondiente a la deflexión de como máximo n pulsos y al menos un pulso a lo largo del fotodetector de Xc píxeles. RiLi corresponderá a la multiplicación de los elementos i de cada subconjunto R y L, donde i variará entre 1 i n de Where R and L represent the subsets of data that contain a maximum of n measurements and at least one measurement each, corresponding to the deflection of a maximum of n pulses and at least one pulse along the photodetector of Xc pixels. RiLi will correspond to the multiplication of the elements i of each subset R and L, where i will vary between 1 i n of

5 forma consecutiva. 5 consecutive way.

Para una variante preferida de dicho ejemplo de realización, el método del segundo aspecto de la invención comprende: For a preferred variant of said exemplary embodiment, the method of the second aspect of the invention comprises:

--: realizar m adquisiciones de cada una de dichas sub-señales luminosas en cada una 10 de dichas dos sub-disposiciones ordenadas de elementos foto-detectores; make m acquisitions of each of said luminous sub-signals in each 10 of said two ordered sub-arrangements of photo-detector elements;

--: generar cada uno de dichos subconjuntos R y L y calcular con ellos la respectiva función de correlación g2 (t), para cada adquisición, calculándose en total m funciones de correlación; y generate each of said subsets R and L and calculate with them the respective correlation function g2 (t), for each acquisition, calculating in total m correlation functions; Y

--: obtener un valor final de correlación calculando el valor medio de los valores 15 obtenidos con las m funciones de correlación. obtain a final correlation value by calculating the average value of the 15 values obtained with the m correlation functions.

Otros ejemplos de realización del método propuesto por el segundo aspecto de la invención comprenden la realización de medidas de fotoluminscencia resuelta en tiempo o resuelta en tiempo y espectralmente, según los ejemplos de realización explicados arriba con respecto Other embodiments of the method proposed by the second aspect of the invention include the realization of photoluminescence measurements resolved in time or resolved in time and spectrally, according to the embodiment examples explained above with respect to

20 al sistema propuesto por el primer aspecto de la invención. 20 to the system proposed by the first aspect of the invention.

Un tercer aspecto de la presente invención concierne a un programa de ordenador que incluye instrucciones de código que cuando se ejecutan en un ordenador (o en cualquier otra clase de sistema computacional) implementan el procesamiento de datos del método A third aspect of the present invention concerns a computer program that includes code instructions that when executed on a computer (or any other kind of computer system) implement the method data processing

25 del segundo aspecto de la invención. 25 of the second aspect of the invention.

Breve descripción de los dibujos Las anteriores y otras ventajas y características se comprenderán más plenamente a partir de la siguiente descripción detallada de unos ejemplos de realización con referencia a los Brief description of the drawings The foregoing and other advantages and features will be more fully understood from the following detailed description of some embodiments with reference to the

30 dibujos adjuntos, que deben tomarse a título ilustrativo y no limitativo, en los que: 30 attached drawings, which should be taken by way of illustration and not limitation, in which:

La Fig. 1 es una representación esquemática del sistema propuesto por el primer aspecto de la invención, para un ejemplo de realización. Fig. 1 is a schematic representation of the system proposed by the first aspect of the invention, for an exemplary embodiment.

La Fig. 2 muestra los resultados experimentales obtenidos mediante una adquisición estándar por los presentes inventores, usando un APD (detector monocanal) y una tarjeta TCSPC, sobre una muestra fotoluminiscente, ilustrándose los resultados mediante sendas gráficas, mostrando la gráfica de la izquierda el espectro de fotoluminiscencia bajo excitación continua y la de la derecha los transitorios resueltos temporalmente para las bandas observadas A-E. Fig. 2 shows the experimental results obtained by means of a standard acquisition by the present inventors, using an APD (single channel detector) and a TCSPC card, on a photoluminescent sample, the results being illustrated by graphic paths, the spectrum on the left showing the spectrum of photoluminescence under continuous excitation and the one on the right the transients temporarily resolved for the observed bands AE.

La Fig. 3 muestra el espectro registrado con la técnica de modulación espacial implementada según la presente invención, para la misma muestra utilizada en la Figura 2 para la banda de emisión etiquetada allí como B, para un ejemplo de realización del sistema del primer aspecto de la invención para el que los medios de deflexión comprenden un espejo hexagonal girando a 2 kHz y la muestra es excitada con un láser pulsado con frecuencia de repetición de 500 kHz. Fig. 3 shows the spectrum recorded with the spatial modulation technique implemented according to the present invention, for the same sample used in Figure 2 for the emission band labeled there as B, for an embodiment of the system of the first aspect of the invention for which the deflection means comprise a hexagonal mirror rotating at 2 kHz and the sample is excited with a pulsed laser with 500 kHz repetition frequency.

La Fig. 4 muestra, esquemáticamente, un ejemplo de realización del sistema propuesto por el primer aspecto de la invención, para la medida de la fotoluminiscencia resuelta en tiempo, también denominado en adelante como esquema o diseño experimental A. Fig. 4 shows, schematically, an embodiment of the system proposed by the first aspect of the invention, for the measurement of the photoluminescence resolved in time, also referred to hereinafter as an experimental scheme or design A.

La Fig. 5 muestra, esquemáticamente, otro ejemplo de realización del sistema propuesto por el primer aspecto de la invención, en este caso aplicable a la realización de medidas de correlación de fotones mediante contaje de coincidencias, también denominado en adelante como esquema o diseño experimental B. Fig. 5 shows, schematically, another embodiment of the system proposed by the first aspect of the invention, in this case applicable to the realization of photon correlation measurements by means of match counting, also hereinafter referred to as experimental scheme or design B.

La Fig. 6 muestra, esquemáticamente, otro ejemplo de realización del sistema propuesto por el primer aspecto de la invención, en este caso aplicable a la realización combinada de medidas de la fotoluminiscencia resuelta en tiempo y resuelta espectralmente, también denominado en adelante como esquema o diseño experimental C. En esta Figura, ni en las dos anteriores, no se han ilustrado ni los medios de procesamiento ni los de control de los medios de deflexión. Fig. 6 shows, schematically, another embodiment of the system proposed by the first aspect of the invention, in this case applicable to the combined realization of measurements of photoluminescence resolved in time and spectrally resolved, also referred to hereinafter as scheme or Experimental design C. In this Figure, neither in the previous two, neither the processing nor the control means of the deflection means have been illustrated.

La Fig. 7 muestra el proceso de medida de la correlación de fotones en general usando el diseño experimental B de la Fig. 5. Fig. 7 shows the process of measuring photon correlation in general using the experimental design B of Fig. 5.

La Fig. 8 muestra el proceso de medida concreto de la correlación de fotones por medio del análisis de la función de correlación de segundo orden, que implica la definición de los operadores 1 y 2 descritos en la Fig. 7. Fig. 8 shows the concrete measurement process of the photon correlation by means of the analysis of the second order correlation function, which implies the definition of the operators 1 and 2 described in Fig. 7.

La Fig. 9 muestra las funciones de probabilidad de la emisión de fotones para tres distribuciones concretas: distribución Bose-Einstein (gráfica (a)), distribución de Poisson (gráfica (b)) y distribución sub-Poisson (gráfica (c)). Fig. 9 shows the probability functions of photon emission for three concrete distributions: Bose-Einstein distribution (graph (a)), Poisson distribution (graph (b)) and sub-Poisson distribution (graph (c)) .

La Fig. 10 muestra los resultados obtenidos mediante unas simulaciones realizadas con el sistema y método de la presente invención, usando el análisis de la función de correlación de segundo orden descrito en las Figs. 7 y 8, usando como parámetro de entrada las funciones de probabilidad de a emisión de fotones descritas en la Fig. 9, mostrando tanto el caso ideal sin pérdidas ni ruido (Fig. 10(a)), como el caso realista en el que se incorpora el 50% de pérdidas del sistema y un ruido del 20% respecto a la señal óptica (Fig. 10(b)). Fig. 10 shows the results obtained by simulations performed with the system and method of the present invention, using the analysis of the second order correlation function described in Figs. 7 and 8, using the photon emission probability functions described in Fig. 9 as input parameter, showing both the ideal case without losses or noise (Fig. 10 (a)), as well as the realistic case in which 50% of system losses and a noise of 20% with respect to the optical signal are incorporated (Fig. 10 (b)).

Descripción detallada de unos ejemplos de realización Detailed description of some embodiments

Mediante la presente invención se presenta una nueva técnica de análisis de luz/fotones basada en el multiplexado espacial de una señal óptica modulada temporalmente bajo las condiciones anteriormente descritas, que seguidamente vuelven a describirse bajo las denominaciones de “Conversión tiempo – espacio” y “Sincronización estroboscópica”. By means of the present invention, a new light / photon analysis technique based on the spatial multiplexing of a temporarily modulated optical signal is presented under the conditions described above, which are then described again under the terms "Time-space conversion" and "Synchronization. strobe ”.

Para ello, los detectores APD usados típicamente en las técnicas de análisis de señales ópticas de baja intensidad se remplazan por un detector multicanal (caso de una CCD o de una disposición lineal de fotodiodos – en inglés PDA -) y un conversor tiempo- espacio. Los elementos básicos de esta técnica de medida pueden ser diseñados para implementar distintas configuraciones de medición, lo cual presenta una versatilidad o modularidad del equipo. Estas configuraciones son: fotoluminiscencia resuelta en tiempo, medida de la g2(0) y simulación de cámara “streak”. A continuación se exponen en detalle los principios de funcionamiento y las referidas condiciones 1 y 2, así como las distintas configuraciones de medida del sistema propuesto por el primer aspecto de la presente invención, para unos correspondientes ejemplos de realización. For this, APD detectors typically used in low intensity optical signal analysis techniques are replaced by a multichannel detector (in the case of a CCD or a linear array of photodiodes - in PDA English) - and a time-space converter. The basic elements of this measurement technique can be designed to implement different measurement configurations, which presents a versatility or modularity of the equipment. These configurations are: photoluminescence resolved in time, measurement of g2 (0) and camera simulation “streak”. The operating principles and the aforementioned conditions 1 and 2, as well as the different measurement configurations of the system proposed by the first aspect of the present invention, for corresponding embodiments are set forth below.

Fundamentos básicos de la tecnología: Fundamentals of technology:

Un láser en régimen pulsado excitando un sistema emisor de fotones (en procesos de fotoluminiscencia/fluorescencia) fuerza a éste a emitir con la misma frecuencia de repetición, es decir fe. Esta condición permite el control del periodo de la señal de interés. La técnica aquí presentada se basa en un proceso de medida que cumple dos condiciones: 1) conversión tiempo-espacio y 2) “sincronización estroboscópico”. A pulsed laser exciting a photon emitting system (in photoluminescence / fluorescence processes) forces it to emit with the same repetition frequency, that is, faith. This condition allows the control of the period of the signal of interest. The technique presented here is based on a measurement process that meets two conditions: 1) time-space conversion and 2) “strobe synchronization”.

Estas dos condiciones resultan necesarias para obtener una adquisición óptica resuelta en tiempo con la técnica propuesta por la presente invención. Desde el punto de vista formal, ambas condiciones se pueden definir clasificando los procesos por medio de propiedades básicas de funciones. These two conditions are necessary to obtain an optical acquisition resolved in time with the technique proposed by the present invention. From the formal point of view, both conditions can be defined by classifying the processes by means of basic properties of functions.

5 Condición 1: Conversión tiempo – espacio. 5 Condition 1: Conversion time - space.

La señal óptica resuelta en tiempo que se muestra en la izquierda de la Fig. 7(a) se puede abstraer como un conjunto infinito de elementos, los cuales representan la posición temporal 10 equiespaciada de cada pulso óptico. Por otra parte, el conversor tiempo-espacio allí ilustrado se puede identificar como una función generalizada que asocia cada elemento de este primer conjunto con un elemento del conjunto de pixeles de la CCD donde se realiza la adquisición CCD indicada. Es decir, la adquisición de los datos espaciales es resultado de la conversión de los datos temporales por parte del conversor tiempo-espacio. Formalmente, The time-resolved optical signal shown on the left of Fig. 7 (a) can be abstracted as an infinite set of elements, which represent the temporal position 10 of each optical pulse. On the other hand, the time-space converter illustrated there can be identified as a generalized function that associates each element of this first set with an element of the CCD pixel set where the indicated CCD acquisition is performed. That is, the acquisition of spatial data is the result of the conversion of temporal data by the time-space converter. Formally,

15 se puede escribir: 15 can be written:

ۇۊۇ
ۇۊۇ

ݐݐݐݐݐଵଶଷସହݔݔݔݔݔଵଶଷସହݐݐݐݐݐ ଵଶଷସହ ݔݔݔݔݔ ଵଶଷସହ

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ۈۋ ۈ, ሻ ௜௜ → ݔ ௜, ݐ
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⋮⋮⋮⋮

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ۊ ۋ
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ۉ

Bajo esta notación, el conjunto T está caracterizado por un número infinito de elementos equiespaciados, donde se cumple que ݐଶെݐଵൌݐଷെݐଶൌݐ௜ାଵ െݐ௜ൌܶ௅, donde TL = 1/fe es el Under this notation, the set T is characterized by an infinite number of equispaced elements, where it is fulfilled that ݐ ଶ െ ݐ ଵ ൌ ݐ ଷ െ ݐ ଶ ൌ ݐ ௜ ାଵ െ ݐ ௜ ൌ ܶ ௅, where TL = 1 / faith is the

20 período de repetición de la señal óptica pulsada. Por otra parte, el conjunto X está compuesto por un número finito de elementos, donde xC corresponde con el número de píxeles de la CCD. 20 repetition period of the pulsed optical signal. On the other hand, the set X is composed of a finite number of elements, where xC corresponds to the number of pixels in the CCD.

La primera condición obliga a que fA sea una función sobreyectiva entre los conjuntos T y X 25 para ݐ௜→∞. The first condition requires that fA be an overjective function between sets T and X 25 for ݐ ௜ → ∞.

Condición 2: Sincronización estroboscópica. Condition 2: Strobe Synchronization.

La segunda condición, sincronizado estroboscópico, fija un ratio entero positivo entre la The second condition, strobe synchronized, sets a positive integer ratio between the

30 frecuencia de la señal óptica pulsada modulada temporalmente (fe) y la frecuencia de modulación del conversor tiempo-espacio (fd). Llamando al factor n = fe/fd , la condición de sincronizado estroboscópico implica que n ∈ N (números naturales) . Por otra parte, el factor 30 frequency of the pulsed optical signal temporarily modulated (fe) and the modulation frequency of the time-to-space converter (fd). Calling the factor n = fe / fd, the strobe synchronization condition implies that n ∈ N (natural numbers). Moreover, the factor

n corresponderá con el número de pulsos fijados en la modulación espacial. Esta segunda n will correspond to the number of pulses set in the spatial modulation. This second

condición modifica las características de la función fA anteriormente descrita, ya que para un condition modifies the characteristics of the function fA described above, since for a

. En concreto, se cumplirá: ௜ݐሺ஺
݂ xideterminado existirán infinitos tique cumplan . Specifically, it will be fulfilled: ௜ ݐ ሺ ஺
Ide xdeterminado there will be infinite tique meet

ሻൌݔ௜ሻ ൌ ݔ ௜

ൌݔሻா
ܶ ൅݆ݐሺ஺
݂ ൌ ݔ ሻ ா
ܶ ൅ ݆ ݐ ሺ ஺
݂

௜௜ ௜௜

Donde TE = 1/ fd representa el período de repetición de la modulación del conversor tiempoespacio. En concreto, la función fA sufre la siguiente modificación en función del valor de n: Where TE = 1 / fd represents the repetition period of the time-space converter modulation. Specifically, the function fA undergoes the following modification depending on the value of n:

஼
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݊ →
ܽݒ݅ݐܿ݁ݕ݁ݎܾ݋ݏ ݊ܿ݅ó݊
ݑ݂ݎ݁ݏ݁ ܽݎá ݀
݆݁݀ ஺
݂ ݅ሻ஼
ܺ ൏
݊ →
ܽ ݒ ݅ ݐ ܿ݁ ݕ ݁ݎܾ݋ݏ ݊ܿ݅ or ݊
ݑ ݂ݎ݁ݏ݁ ܽݎ á ݀
݆݁݀ ஺
݂ ݅ ሻ

ቐ ቐ

஼
ܺ ൒
݊ →
ܽݒ݅ ݐ
ܿ݁ݕ݁ݎܾ݋ݏ ܿ݅ó݊
݊ݑ݂݋݀݊݁݅ݏ ݏ݁݃ݑ݅ݎá ஺ሻ ݂
݅ ݅ ஼
ܺ ൒
݊ →
ܽ ݒ ݅ ݐ
ܿ݁ ݕ ݁ݎܾ݋ݏ ܿ݅ or ݊
݊ ݑ ݂݋݀݊݁݅ݏ ݏ݁݃ ݑ ݅ݎ á ஺ ሻ ݂
݅ ݅

; ;

݆
݆

∈Գ ∈Գ

La señal óptica únicamente podrá ser resuelta en el tiempo usando el “array” de detección The optical signal can only be resolved in time using the detection array

10 (es decir la disposición ordenada de fotodetectores CCD) si se cumple la anterior condición i). La condición ii) implica que el sistema no posee la suficiente capacidad de resolución temporal para discriminar la señal óptica pulsada, ya que el número de pulsos sincronizados estroboscópicamente es mayor que el número de pixeles del array. El caso superior extremo de la condición i) será aquel que cumple n = Xc/2. Por tanto, la condición de sincronizado 10 (ie the orderly arrangement of CCD photodetectors) if the above condition i) is met. Condition ii) implies that the system does not have sufficient temporal resolution capability to discriminate the pulsed optical signal, since the number of strobe synchronized pulses is greater than the number of pixels in the array. The extreme upper case of condition i) will be the one that meets n = Xc / 2. Therefore, the synchronized condition

15 estroboscópico se puede resumir con: 15 strobe can be summarized with:

∈Գ
݊, ஼2
ܺ ݊൑ ∈Գ
݊, ஼2
ܺ ݊ ൑

Generalización: Generalization:

20 Con objeto de reagrupar las condiciones 1 y 2 bajo un único criterio, se puede realizar una relación de equivalencia en el conjunto T. Para ello, el conjunto infinito T se divide en n subconjuntos, cuyos elementos serán equivalentes entre sí en la nueva transformación. De esta forma la dimensión del nuevo conjunto T’ será finita, con cardinal n. La relación de equivalencia propuesta es: 20 In order to regroup conditions 1 and 2 under a single criterion, an equivalence relation can be made in the set T. For this, the infinite set T is divided into n subsets, whose elements will be equivalent to each other in the new transformation . In this way the dimension of the new set T ’will be finite, with cardinal n. The proposed equivalence ratio is:

ᇱ௜ᇱ ௜

ݐݐ

ൌݐ௜ା௝∗்ಶ ൌ ݐ ௜ ା ௝ ∗ ் ಶ

; ;

݆
݆

∈Գ ∈Գ

De forma que la nueva función fB se definirá entre los conjuntos T’ y X como: So the new function fB will be defined between the sets T ’and X as:

ۊ ۇ
ۊ ۇ

ݐ′ݐ′ݐ′ݐ′ݐ′ଵଶଷସହݔݔݔݔݔଵଶଷସହݐ′ݐ′ݐ′ݐ′ݐ ′ ଵଶଷସହ ݔݔݔݔݔ ଵଶଷସହ

→,ሻ௜ݐ′ሺ஻ൌ݂௜→ݔ௜′,ݐ
ܺ →′ →, ሻ ௜ ݐ ′ ሺ ஻ ൌ ݂ ௜ → ݔ ௜ ′, ݐ
ܺ → ′

⋮⋮⋮⋮

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ی ಶ்ݐ′
ی ஼ ݔ
ی ಶ ் ݐ ′

ۇۈۈ ۈۋۋۋ ۋۈۈۈ ۈ
ۇۈۈ ۈۋۋۋ ۋۈۈۈ ۈ

ۊۋۋۋ
ۊۋۋۋ

ܶ: ஻
݂
ܶ: ஻
݂

ۉ
ۉ

Bajo esta notación, el efecto de la conversión temporal-espacial y del sincronizado estroboscópico, se resumen bajo las características de la función fB: Under this notation, the effect of temporal-spatial conversion and strobe synchronization is summarized under the characteristics of the fB function:

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5 Se aprecia que en el caso de que no se cumpla la condición 2, fB no cumple la condición de función, ya que existirán distintas valores de xi asociados a un único valor de ti’. Mientras que cuando se cumpla la condición 2, fb será una función inyectiva, y solo será una función sobreyectiva cuando n = XC. 5 It can be seen that in the event that condition 2 is not met, fB does not meet the function condition, since there will be different values of xi associated with a single value of you ’. While when condition 2 is met, fb will be an injective function, and will only be an overjective function when n = XC.

10 Este tipo de función relaciona una variable temporal (el instante de cada uno de los pulsos ópticos) con una variable espacial (la posición/pixel de un detector multicanal). Por tanto, la ventaja básica proviene de eliminar la variable tiempo en el estudio dinámico de una señal óptica. De esta forma, la resolución temporal del sistema se asocia con la resolución 10 This type of function relates a temporal variable (the instant of each of the optical pulses) with a spatial variable (the position / pixel of a multichannel detector). Therefore, the basic advantage comes from eliminating the time variable in the dynamic study of an optical signal. In this way, the temporal resolution of the system is associated with the resolution

15 espacial del sistema completo, y no con la resolución temporal de detección. El parámetro tiempo, en este caso, únicamente se asocia con el tiempo de integración de la adquisición, usado para mejorar el contraste entre señal y ruido. 15 spatial of the complete system, and not with the temporal resolution of detection. The time parameter, in this case, is only associated with the acquisition integration time, used to improve the contrast between signal and noise.

Diseño de la técnica experimental: Design of the experimental technique:

20 En la Fig. 1 se ha ilustrado de manera esquemática al sistema propuesto por el primer aspecto de la invención, para un ejemplo de realización para el que los medios de conversión comprenden unos medios de deflexión (3) y unos medios de control (6) que configuran los medios de deflexión enviándoles una señal de control (CTRL), que puede ser In Fig. 1 the system proposed by the first aspect of the invention has been schematically illustrated, for an exemplary embodiment for which the conversion means comprise deflection means (3) and control means (6 ) that configure the deflection means by sending a control signal (CTRL), which can be

25 de muy diversa índole (tensión acústica, corriente eléctrica, etc.), en función del tipo de elemento de deflexión. En este caso, el elemento de deflexión ilustrado actúa por transmisión. Es decir, deja pasar a su través la señal luminosa pulsada modulada temporalmente (Sr), variando su índice de refracción con el fin de redirigir las distintas porciones temporales de la señal (según un ángulo α proporcional al valor de la señal de 25 of a very diverse nature (acoustic voltage, electric current, etc.), depending on the type of deflection element. In this case, the illustrated deflection element acts by transmission. That is, it allows the temporarily modulated pulsed light signal (Sr) to pass through it, varying its refractive index in order to redirect the different temporal portions of the signal (according to an angle α proportional to the value of the signal of

30 control CTRL), en la forma de señal Or, hacia unos correspondientes fotodetectores que 30 CTRL control), in the form of an Or signal, towards corresponding photodetectors that

configuran los distintos canales de los medios de detección multicanal (4) (que en general serán los píxeles de una matriz CCD). Finalmente, la información recibida se analiza por los medios de procesamiento (5). they configure the different channels of the multichannel detection means (4) (which in general will be the pixels of a CCD matrix). Finally, the information received is analyzed by the processing means (5).

Los medios de control (6) son los encargados de que los medios de deflexión (3) operen con una frecuencia de deflexión (fd) que cumpla la anteriormente descrita “sincronización estroboscópica”, mediante la generación y envío de una señal de control (CTRL) adecuada para tal fin. The control means (6) are responsible for the deflection means (3) operating with a deflection frequency (fd) that meets the previously described "strobe synchronization", by generating and sending a control signal (CTRL ) suitable for this purpose.

La utilización de un dispositivo de conversión tiempo-espacio bajo la condición de sincronizado estroboscópico permite construir distintos esquemas experimentales del sistema propuesto por el primer aspecto de la invención, que ofrecen distintas capacidades de análisis de la luz modulada temporalmente, por medio de sistemas de detección multicanal. A continuación se citan y describen (de manera no exhaustiva) una serie de posibles elementos de deflexión que pueden funcionar como medios de deflexión (3) de los medios o dispositivo de conversión tiempo-espacio, así como una serie de esquemas experimentales propuestos para diferentes ejemplos de realización del sistema de la presente invención. The use of a time-to-space conversion device under the condition of strobe synchronization allows different experimental schemes of the system proposed by the first aspect of the invention to be constructed, offering different capacities for temporarily modulated light analysis, by means of detection systems multichannel A series of possible deflection elements that can function as deflection means (3) of the means or time-to-space conversion device, as well as a series of experimental schemes proposed for different are cited and described Examples of embodiment of the system of the present invention.

Ejemplos de dispositivos de deflexión: Examples of deflection devices:

Espejos rotatorios: Un espejo rotatorio sobre un eje es el sistema más sencillo para generar una conversión tiempo-espacio. En este caso la conversión se realiza mediante una conversión tiempo-ángulo, que, a una determinada distancia del espejo, en un detector multicanal se convierte en conversión tiempo-pixel. Mediante una calibración, el pixel en el detector multicanal puede adquirir las dimensiones de tiempo. Este tipo de espejos permite realizar una multiplicación de la frecuencia de giro a través de una multiplicación de las caras reflectantes. Por ejemplo, un espejo hexagonal generará una frecuencia de conversión tiempo espacio seis veces mayor que la frecuencia de giro del hexágono. Además presentan varias ventajas destacables. La velocidad de giro se puede mantener constante con una precisión alta, por lo que la dispersión de la luz para cada ángulo es lineal. Por otra parte la tecnología para construir este tipo de espejos es muy barata, por lo que reduce considerablemente los costes de un equipo de análisis temporal de la luz. Rotating mirrors: A rotating mirror on an axis is the simplest system to generate a time-space conversion. In this case the conversion is carried out by means of a time-angle conversion, which, at a certain distance from the mirror, in a multichannel detector becomes a time-pixel conversion. Through calibration, the pixel in the multi-channel detector can acquire the time dimensions. This type of mirrors allows multiplication of the frequency of rotation through a multiplication of the reflecting faces. For example, a hexagonal mirror will generate a space-time conversion frequency six times greater than the rotation frequency of the hexagon. They also have several outstanding advantages. The rotation speed can be kept constant with high precision, so the light scattering for each angle is linear. On the other hand, the technology to build this type of mirrors is very cheap, so it considerably reduces the costs of a temporary light analysis equipment.

Espejos galvanométricos: Otra opción para construir el conversor tiempo – espacio es usar espejos galvanométricos. Este tipo de espejo no genera un giro completo como en el caso anterior, sino una oscilación modulable en amplitud y frecuencia. Con este dispositivo las Galvanometric mirrors: Another option to build the time - space converter is to use galvanometric mirrors. This type of mirror does not generate a complete rotation as in the previous case, but rather a modulation oscillation in amplitude and frequency. With this device the

frecuencias de oscilación son algo más bajas que en el caso de los espejos rotantes y, por otra parte, el ángulo de deflexión no tiene una correspondencia lineal. oscillation frequencies are somewhat lower than in the case of rotating mirrors and, on the other hand, the angle of deflection does not have a linear correspondence.

Sistemas Microelectromecánicos (MEMS): Otra de las opciones es usar sistemas más complejos microelectromecánicos, que permiten una mayor flexibilidad en el control de la señal óptica, aunque a expensas de encarecer considerablemente el coste del dispositivo. En esta categoría pueden encontrarse sistemas que están implementados para trabajar con fibra óptica, como también sistemas que trabajan en óptica libre. Microelectromechanical Systems (MEMS): Another option is to use more complex microelectromechanical systems, which allow greater flexibility in the control of the optical signal, although at the expense of considerably increasing the cost of the device. In this category you can find systems that are implemented to work with fiber optics, as well as systems that work in free optics.

Otros posibles elementos de deflexión que implementen los medios de deflexión del conversor tiempo-espacio del sistema propuesto por el primer aspecto de la presente invención son, por ejemplo, los deflectores acusto-ópticos/electro-ópticos por transmisión o los resonadores de micro-anillos. Other possible deflection elements that implement the deflection means of the system time-space converter proposed by the first aspect of the present invention are, for example, acoustic-optical / electro-optical baffles by transmission or micro-ring resonators. .

Esquemas de montajes experimentales: Schemes of experimental assemblies:

Los presentes inventores han realizado una serie de montajes experimentales del sistema propuesto por el primer aspecto de la presente invención, para realizar distintas medidas de fotoluminiscencia, o en general de señales ópticas (luminosas) pulsadas moduladas temporalmente. The present inventors have carried out a series of experimental assemblies of the system proposed by the first aspect of the present invention, to perform different photoluminescence measurements, or in general of temporarily modulated pulsed (luminous) optical signals.

A continuación se indican tres de tales montajes o esquemas experimentales que ofrecen la posibilidad de obtener tres análisis diferenciados de una señal óptica pulsada. En los tres esquemas se ha utilizado como elemento de deflexión un espejo rotatorio (3) que gira alrededor de un eje vertical (E1). Below are three such assemblies or experimental schemes that offer the possibility of obtaining three differentiated analyzes of a pulsed optical signal. In the three schemes, a rotating mirror (3) that rotates around a vertical axis (E1) has been used as a deflection element.

A) Esquema básico: Medida de la fotoluminiscencia resuelta en tiempo. A) Basic scheme: Measurement of the photoluminescence resolved in time.

Este caso representa la construcción más simple que se puede diseñar con la nueva técnica propuesta por la presente invención. La Fig. 4 muestra el esquema experimental correspondiente. Para excitar al sistema emisor se usa un láser pulsado (1), que emite una señal de excitación (Se) que al llegar a la muestra (2) genera una señal óptica resuelta en el tiempo (Sr). La señal Sr atraviesa un elemento de transmisión (Am) (que en este caso no altera la señal) y se dirige al elemento de deflexión (3) del conversor tiempo-espacio, desviándola éste de forma dinámica y bajo criterio de sincronizado estroboscópico (mediante unos medios de control no ilustrados), en la forma de señal modulada espacialmente (Or) y dirigida y focalizada sobre el detector multicanal (4). La focalización se This case represents the simplest construction that can be designed with the new technique proposed by the present invention. Fig. 4 shows the corresponding experimental scheme. To excite the emitting system, a pulsed laser (1) is used, which emits an excitation signal (Se) which, upon reaching the sample (2), generates a time-resolved optical signal (Sr). The signal Sr crosses a transmission element (Am) (which in this case does not alter the signal) and is directed to the deflection element (3) of the time-to-space converter, this being dynamically deflected and under strobe synchronization criteria (by control means not illustrated), in the form of a spatially modulated signal (Or) and directed and focused on the multichannel detector (4). The focus is

realiza mediante una lente (no ilustrada) que puede disponerse antes o después del elemento de deflexión (3). De esta forma, el transitorio de la señal óptica Sr se puede obtener realizando una adquisición espacial en dicho detector multicanal (4), integrando el tiempo necesario. performed by means of a lens (not illustrated) that can be arranged before or after the deflection element (3). In this way, the transient of the optical signal Sr can be obtained by performing a spatial acquisition in said multichannel detector (4), integrating the necessary time.

B) Esquema contaje de coincidencias: Medida de la g2(0) de un sistema emisor de fotones uno a uno. B) Match counting scheme: Measurement of g2 (0) of a one-to-one photon emitting system.

El anterior diseño experimental proporcionaba un montaje para el análisis temporal de la fotoluminiscencia de un emisor óptico, independientemente de la naturaleza estadística de la luz emitida. Para el caso particular de señales generadas mediante emisores cuánticos, como podría ser la luz proveniente de un punto cuántico o una molécula aislada, cada uno de estos pulsos ópticos estaría formado por un solo fotón. La técnica convencional HBT se usa para analizar las fluctuaciones de la intensidad de la luz emitida, y así poder discriminar la tipología de la estadística de emisión de fotones por un sistema dado. Utilizando las características del conversor tiempo-espacio se puede realizar un montaje alternativo al HBT típico para determinar el valor de la función de correlación de segundo orden. El esquema básico es similar al caso anterior, con la única diferencia de que en el elemento transmisor del montaje (Am en Fig. 4) se ha añadido un divisor de haz (Bm) que divide la señal Sr en dos sub-señales Sr1 y Sr2. A la señal Sr1 se le aplica un retardo respecto a la señal Sr2 por medio de un generador de retardo sintonizable (Br), generando la señal Sr1t. En la Fig. 5 se muestra el diseño sugerido para realizar mediciones de la función de correlación de segundo orden. The previous experimental design provided an assembly for the temporal analysis of the photoluminescence of an optical emitter, regardless of the statistical nature of the emitted light. For the particular case of signals generated by quantum emitters, such as light coming from a quantum dot or an isolated molecule, each of these optical pulses would be formed by a single photon. The conventional HBT technique is used to analyze fluctuations in the intensity of the emitted light, and thus be able to discriminate the typology of photon emission statistics by a given system. Using the characteristics of the time-space converter, an alternative assembly to the typical HBT can be performed to determine the value of the second order correlation function. The basic scheme is similar to the previous case, with the only difference that in the transmitter element of the assembly (Am in Fig. 4) a beam splitter (Bm) has been added that divides the signal Sr into two sub-signals Sr1 and Sr2. A delay with respect to the signal Sr2 is applied to the signal Sr1 by means of a tunable delay generator (Br), generating the signal Sr1t. In Fig. 5 the suggested design for measurements of the second order correlation function is shown.

Como se observa en la Fig. 5, todos los elementos de 1 a 4 son equivalentes a los del esquema de la Fig. 4. En este caso, el montaje B únicamente añade el divisor de haz (Bm) y el retardador (Br) en uno de los caminos ópticos. De esta forma, la señal óptica (Sr) que llega al elemento de deflexión del conversor tiempo-espacio, es decir el espejo (3), queda dividida en dos puntos, la correspondiente al canal L y al canal R, asociadas a la propagación de la señal óptica (Sr) por cada uno de los brazos del divisor de haz (Bm). Es decir, correspondientes a las sub-señales Sr1t y a Sr2, las cuales inciden sobre el espejo (3) en dos respectivos puntos distanciados a lo largo del eje E1. Por tanto, se producen dos deflexiones, una para cada canal. En este caso, el detector multicanal (4) debe ser un detector 2D en forma de matriz, como una CCD convencional, ya que la deflexión de cada una de las sub-señales Sr1t y Sr2 moduladas temporalmente se traducirán como dos señales moduladas espacialmente Or1t y Or2, cada una de ellas deflectadas y focalizadas sobre una respectiva fila de la CCD 4. Del análisis de la adquisición en cada canal se puede As seen in Fig. 5, all elements 1 to 4 are equivalent to those in the scheme of Fig. 4. In this case, assembly B only adds the beam splitter (Bm) and the retarder (Br) in one of the optical paths. In this way, the optical signal (Sr) that reaches the deflection element of the time-space converter, that is to say the mirror (3), is divided into two points, the one corresponding to the L channel and the R channel, associated with the propagation of the optical signal (Sr) for each of the arms of the beam splitter (Bm). That is, corresponding to the sub-signals Sr1t and Sr2, which affect the mirror (3) at two respective points along the axis E1. Therefore, two deflections occur, one for each channel. In this case, the multichannel detector (4) must be a matrix-shaped 2D detector, such as a conventional CCD, since the deflection of each of the temporarily modulated Sr1t and Sr2 sub-signals will be translated as two spatially modulated signals Or1t and Or2, each of them deflected and focused on a respective row of the CCD 4. From the analysis of the acquisition in each channel you can

obtener una medida experimental de las coincidencias de fotones para un retraso temporal ajustable entre canal 1 y 2. Obtain an experimental measure of photon matches for an adjustable time delay between channel 1 and 2.

C) Esquema combinado tiempo y longitud de onda: modo simulación cámara “Streak”. C) Combined scheme time and wavelength: “Streak” camera simulation mode.

Las cámaras “Streak” funcionan realizando una conversión de luz a electrones, modulando estos electrones con campo eléctrico, para, finalmente, reconvertir estos electrones a luz y ser detectada por una CCD. Además, la luz incidente queda dispersada en lambda por un monocromador, de forma que los dos ejes finales devuelven la relación entre tiempo y longitud de onda. Este último diseño, ilustrado en la Fig. 6, ofrece construir un sistema experimental que simula el funcionamiento de una cámara “Streak”, sin realizar ninguna conversión luz-electrones, por medio del efecto combinado de un monocromador y el conversor tiempo-espacio. Las ventajas del uso de las cámaras “Streak” provienen de la alta resolución temporal obtenida con este tipo de medida experimental. Sin embargo, el presente diseño puede resultar útil en aquellas medidas que no precisen de una alta resolución temporal, ofreciendo, por otra parte, un equipo mucho más económico y robusto. Como en el caso anterior, este diseño experimental comparte todos los elementos numerados del 1 al 4 en las Figs. 4 y 5. La única variante corresponde al módulo Cm, donde se ha añadido un elemento difractivo en lambda (red de difracción). La difracción de la luz incidente se realiza en la dirección paralela al eje de dispersión del elemento de deflexión del conversor tiempo-espacio, es decir del espejo (3). De esta forma, la señal Sr se dispersa según un eje Y conformando una señal que incluye una pluralidad sub-señales luminosas Srd1…Srdn con diferentes longitudes de onda, las cuales inciden en unas respectivas regiones diferenciadas del espejo (3), que las envía a unas respectivas agrupaciones de canales del detector multicanal (4) ordenadas según un eje Y, ya en la forma de sub-señales Ord1…Ordn. Es decir que, la señal dispersada que llega al detector multicanal (4) posee dos ejes, correspondiente a tiempo (por eje horizontal en Fig. 6) y longitud de onda (por eje vertical en Fig. 6). Streak cameras work by converting light to electrons, modulating these electrons with electric field, to finally convert these electrons to light and be detected by a CCD. In addition, the incident light is dispersed in lambda by a monochromator, so that the two final axes return the relationship between time and wavelength. This last design, illustrated in Fig. 6, offers to build an experimental system that simulates the operation of a “Streak” camera, without any light-electron conversion, by means of the combined effect of a monochromator and the time-space converter. The advantages of using “Streak” cameras come from the high temporal resolution obtained with this type of experimental measurement. However, the present design can be useful in those measures that do not require a high temporal resolution, offering, on the other hand, a much more economical and robust equipment. As in the previous case, this experimental design shares all the elements numbered 1 to 4 in Figs. 4 and 5. The only variant corresponds to the Cm module, where a diffractive element in lambda (diffraction network) has been added. The diffraction of the incident light is carried out in the direction parallel to the axis of dispersion of the deflection element of the time-space converter, that is to say of the mirror (3). In this way, the signal Sr is dispersed along a Y axis forming a signal that includes a plurality of light sub-signals Srd1 ... Srdn with different wavelengths, which affect respective regions differentiated from the mirror (3), which sends them to respective channel groupings of the multichannel detector (4) arranged according to a Y axis, already in the form of sub-signals Ord1 ... Ordn. That is to say, the dispersed signal that reaches the multichannel detector (4) has two axes, corresponding to time (by horizontal axis in Fig. 6) and wavelength (by vertical axis in Fig. 6).

Aunque en las Figs. 4, 5 y 6 se ha ilustrado un espejo rotatorio con una sola cara reflectante, en este caso plana, ventajosamente éste comprende más de una cara reflectante, tal como es el caso de un espejo hexagonal, en este caso dispuesto de manera que las seis caras reflectantes del mismo queden paralelas y equidistantes al eje de giro E1, el cual, como ya se ha indicado anteriormente, generará una frecuencia de conversión tiempo-espacio seis veces mayor que la frecuencia de giro del hexágono. Tanto cuando el elemento deflector (3) es un espejo de una cara como cuando lo es de varias caras reflectantes, éste girará en un sentido único, alrededor de E1, con una frecuencia acorde a la condición de sincronización Although in Figs. 4, 5 and 6 a rotating mirror with a single reflective face has been illustrated, in this case flat, advantageously it comprises more than one reflective face, such as a hexagonal mirror, in this case arranged so that the six reflective faces thereof are parallel and equidistant from the axis of rotation E1, which, as already indicated above, will generate a time-to-space conversion frequency six times greater than the rotation frequency of the hexagon. Both when the deflector element (3) is a mirror of one face and when it is of several reflective faces, it will rotate in a single direction, around E1, with a frequency according to the synchronization condition

estroboscópica. Elementos deflectores con un número diferente de caras reflectantes, planas o no, y/o con geometrías diferentes a las descritas también son posibles, para otros ejemplos de realización. strobe Baffle elements with a different number of reflective faces, flat or not, and / or with different geometries than those described are also possible, for other embodiments.

Análisis y simulación de las medidas experimentales: Analysis and simulation of experimental measures:

A continuación se van a describir en detalle los procesos de medida experimental de la fotoluminiscencia de un emisor dado mediante el diseño A de la Fig. 4 y de la función de correlación de segundo orden mediante el diseño B de la Fig. 5. Next, the experimental measurement processes of the photoluminescence of a given emitter will be described in detail by design A of Fig. 4 and of the second order correlation function by design B of Fig. 5.

--: Técnica de fotoluminiscencia resuelta en tiempo. Photoluminescence technique resolved in time.

Esta técnica se ha implementado de forma experimental en el laboratorio de los presentes inventores, usando: This technique has been experimentally implemented in the laboratory of the present inventors, using:

1) Un láser de excitación pulsado. 1) A pulsed excitation laser.

2) Una muestra semiconductora sobre la que se hace incidir el láser y que genera 2) A semiconductor sample on which the laser is affected and which generates

fotoluminiscencia. photoluminescence.

3) Un modulador espacial consistente en un espejo hexagonal montado sobre un motor 3) A space modulator consisting of a hexagonal mirror mounted on a motor

CC que se hace girar a una frecuencia dada con objeto que este giro quede DC that is rotated at a given frequency so that this turn is

sincronizado con la velocidad de repetición del láser pulsado. synchronized with the repetition rate of the pulsed laser.

4) Una CCD de Silicio de 1024x128 píxeles. 4) A 1024x128 pixel Silicon CCD.

Los resultados obtenidos mediante una adquisición estándar en laboratorio, esto es, usando un APD (detector monocanal) y una tarjeta TCSPC, se muestran en la Fig. 2. A la izquierda de la Fig. 2 se muestra mediante una gráfica identificada como FLRT APD (donde FLRT son la siglas de Fotoluminiscencia Resuelta en Tiempo, del inglés TRPL (Time Resolved Photoluminescence)), el espectro de fotoluminiscencia de la muestra bajo estudio (en unidades arbitrarias logarítmicas), que exhibe varias bandas de emisión etiquetadas desde la A hasta la E, para las que se han adquirido los espectros de fotoluminiscencia ilustrados en la vista derecha de la Fig. 2. The results obtained through a standard acquisition in the laboratory, that is, using an APD (single channel detector) and a TCSPC card, are shown in Fig. 2. On the left of Fig. 2 it is shown by a graph identified as FLRT APD (where FLRT stands for Time Resolved Photoluminescence), the photoluminescence spectrum of the sample under study (in logarithmic arbitrary units), which exhibits several emission bands labeled from A to E, for which the photoluminescence spectra illustrated in the right view of Fig. 2 have been acquired.

La banda etiquetada como B en la vista derecha de la Fig. 2 tiene un tiempo característico de unos 100 ns y es la que se ha elegido para realizar el experimento con la técnica propuesta por la presente invención, el cual ha ofrecido como resultado el transitorio de fotoluminiscencia que se muestra en la Fig. 3, en la cual dicho transitorio se ilustra mediante la curva marcada con una serie de pequeños círculos, siendo la otra curva (la dibujada simplemente con una línea fina) la correspondiente a la señal pulsada de excitación de la The band labeled B in the right view of Fig. 2 has a characteristic time of about 100 ns and is the one chosen to perform the experiment with the technique proposed by the present invention, which has resulted in the transient of photoluminescence shown in Fig. 3, in which said transient is illustrated by the curve marked with a series of small circles, the other curve (the one drawn simply with a thin line) corresponding to the pulsed excitation signal of the

muestra. El mencionado espectro ha sido adquirido con el modulador espacial funcionando a 2 kHz y el láser de excitación a una frecuencia de repetición de 500 kHz. El periodo de repetición de este láser pulsado, 2 s, puede aprovecharse para calibrar la escala temporal en la CCD (lo que ya se ha hecho en la Fig. 3), y permite obtener un tiempo de recombinación idéntico al medido con la técnica convencional, quedando así validado el sistema y método propuestos por la presente invención debido a los siguientes aspectos observados en la Fig. 3: sample. The mentioned spectrum has been acquired with the space modulator operating at 2 kHz and the excitation laser at a repetition frequency of 500 kHz. The repetition period of this pulsed laser, 2 s, can be used to calibrate the time scale in the CCD (which has already been done in Fig. 3), and allows to obtain a recombination time identical to that measured with the technique conventional, thus validating the system and method proposed by the present invention due to the following aspects observed in Fig. 3:

1) Los picos de ambas curvas coinciden y la distancia entre los picos marcan el periodo de repetición, que es de 2 s en ambos casos, lo cual valida que el sistema se comporta de manera similar en los periodos de repetición. 1) The peaks of both curves coincide and the distance between the peaks mark the repetition period, which is 2  in both cases, which validates that the system behaves similarly in the repetition periods.

2) La diferencia entre las dos curvas al añadir la muestra e incluir un filtro pasabanda (curva de línea con círculos) respecto a la señal sin excitar la muestra y sin incluir el filtro (curva de línea fina), es decir correspondiente a la señal de excitación, es la pendiente de caída del pico, que es la respuesta con el tiempo de la fotoluminiscencia.. De la pendiente de la caída se obtiene toda la información referente a los tiempos de ciada y de vida de la fotoluminiscencia emitida por la muestra. 2) The difference between the two curves when adding the sample and including a bandpass filter (line curve with circles) with respect to the signal without exciting the sample and not including the filter (thin line curve), that is, corresponding to the signal of excitation, is the slope of fall of the peak, which is the response with the time of the photoluminescence. From the slope of the fall all the information regarding the times of life and of the photoluminescence emitted by the sample is obtained .

Para el experimento cuyos resultados se muestran en la Fig. 3 se ha utilizado una muestra de puntos cuánticos, cuyo estudio previo ha permitido conocer sus características de luminiscencia en función del tiempo. La muestra se ha utilizado a modo de patrón que se ha calibrado por otros sistemas. La medición de la respuesta de luminiscencia en tiempo de la muestra que se ha realizado con el sistema de la presente invención es acorde con la obtenida con otros sistemas. Por ello, se puede considerar que el sistema propuesto por el primer aspecto de la invención es capaz de realizar medidas resueltas en tiempo de manera fiable. For the experiment whose results are shown in Fig. 3, a sample of quantum dots has been used, whose previous study has allowed us to know their luminescence characteristics as a function of time. The sample has been used as a standard that has been calibrated by other systems. The measurement of the luminescence response in time of the sample that has been made with the system of the present invention is consistent with that obtained with other systems. Therefore, it can be considered that the system proposed by the first aspect of the invention is capable of reliably resolving measurements in time.

--: Técnica de correlación de fotones con 2-canales. Photon correlation technique with 2-channels.

Este tipo de análisis experimental resulta mucho más crítico que el anterior, ya que la técnica trata de realizar una medida directa de la estadística de emisión de fotones. La Fig. 7 muestra el proceso de medida de la correlación de fotones usando el diseño experimental B, es decir el de la Fig. 5. La señal óptica (Sr), como se ha descrito anteriormente, queda dividida en dos canales mediante un divisor de haz (Bm) y un elemento retardador (Br). Cada adquisición del detector multicanal (4) genera un conjunto de pulsos definidos por el This type of experimental analysis is much more critical than the previous one, since the technique tries to make a direct measurement of the photon emission statistics. Fig. 7 shows the process of measuring photon correlation using experimental design B, ie that of Fig. 5. The optical signal (Sr), as described above, is divided into two channels by a splitter. of beam (Bm) and a retarding element (Br). Each acquisition of the multi-channel detector (4) generates a set of pulses defined by the

factor n. La detección del canal L y R se realiza mediante la detección sobre dos filas de píxeles de la CCD. Al canal R se le ha añadido un retardo temporal sintonizable respecto al canal L. La figura 7(b) ejemplifica el caso para un retardo de +1 pulso (+1 casilla en la figura como simplificación). Esto es, un desplazamiento del tren de pulsos en un periodo en sentido positivo, respecto al canal L, siendo el subconjunto L, etiquetado como “Izquierda”, el obtenido para la sub-señal Sr2 (ver Fig. 5), y el subconjunto R, etiquetado como “Derecha”, el obtenido para la sub-señal Sr1t. factor n. The detection of the L and R channel is performed by detecting two rows of pixels of the CCD. A tunable time delay with respect to the L channel has been added to the R channel. Figure 7 (b) exemplifies the case for a +1 pulse delay (+1 box in the figure as simplification). That is, a displacement of the pulse train in a period in a positive sense, with respect to the L channel, the subset L being labeled "Left", the one obtained for the sub-signal Sr2 (see Fig. 5), and the subset R, labeled "Right", the one obtained for the Sr1t sub-signal.

Para un retardo = 0, los pulsos en ambas detecciones coincidirían, y para un retardo = ± d, ambas detecciones estarían desplazadas por un número de pulsos igual a ± d . Una vez obtenidos los subconjuntos L y R, se procede al análisis posterior de la medida. For a delay = 0, the pulses in both detections would coincide, and for a delay = ± d, both detections would be displaced by a number of pulses equal to ± d. Once the subsets L and R have been obtained, the measurement is subsequently analyzed.

El análisis de la medida comprende dos etapas de operación (Oper1 y Oper2) que actúan sobre los subconjuntos L y R y los derivados de ellos. La Fig. 7(b) muestra el proceso de medida para una adquisición. Oper1 actúa sobre los elementos de los conjuntos L y R término a término, generando otro conjunto C. Posteriormente, Oper2 actúa sobre los propios elementos del conjunto C, obteniendo un valor escalar en función del retardo elegido The measurement analysis includes two stages of operation (Oper1 and Oper2) that act on the subsets L and R and their derivatives. Fig. 7 (b) shows the measurement process for an acquisition. Oper1 acts on the elements of the sets L and R term to term, generating another set C. Subsequently, Oper2 acts on the own elements of the set C, obtaining a scalar value based on the chosen delay

). La Fig. 7(c) muestra el proceso de medida para m adquisiciones. El ሻ
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ݍ݀ܣ ( ). Fig. 7 (c) shows the measurement process for m acquisitions. ሻ
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proceso es el mismo, pero se obtendrá dos subconjuntos L y R para cada adquisición (etiquetada como i en la figura). En el caso de m adquisiciones, los operadores Oper1 y Oper2 actúan de la misma forma que en el caso de una sola adquisición, pero el proceso se realizará m veces. Finalmente se obtendrá un valor medio de Oper2 que será también process is the same, but you will get two subsets L and R for each acquisition (labeled as i in the figure). In the case of m acquisitions, the operators Oper1 and Oper2 act in the same way as in the case of a single acquisition, but the process will be carried out m times. Finally you will get an average value of Oper2 that will also be

). De esta forma seሻ
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ݐݑܱ función del retardo concreto usado en la medida ( ). This way it ሻ
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ݐݑ ܱ function of the concrete delay used in the measurement (

obtendrá un valor específico para cada conjunto de m adquisiciones.. you will get a specific value for each set of m acquisitions ..

Para definir la medida concreta de la función de correlación de segundo orden basta con definir los operadores 1 y 2 de la anterior descripción. La Fig. 8 muestra este caso concreto. La señal óptica a analizar es pulsada y contendrá un determinado conjunto de fotones en cada pulso (i en la Fig. 8(a)). El número de fotones por pulso estará sujeto a la estadística del emisor (Poisson, antiagrupada o sub-Poisson, definidas en la Fig. 9). Esta señal óptica se dividirá en dos haces a través de un separador de haz (BS: “Beam Splitter”) 50/50, forzando a cada fotón a tomar el camino L o el camino R. En este proceso se generarán, por tanto, dos nuevas señales (ii en la Fig. 8(a)). Además, en el camino R se ha añadido un retardo temporal sintonizable. Ambos haces definidos en L y R se hacen incidir por separado y de forma controlada sobre el conversor tiempo-espacio, en particular sobre el elemento de deflexión del mismo ((3) en Fig. 5), por lo que se dirigirán a dos filas distintas de la CCD, indicadas como fila L y fila R en la Fig. 8(a). Los pulsos en cada haz de luz serán detectados To define the specific measure of the second order correlation function, just define the operators 1 and 2 of the previous description. Fig. 8 shows this specific case. The optical signal to be analyzed is pulsed and will contain a certain set of photons in each pulse (i in Fig. 8 (a)). The number of photons per pulse will be subject to the emitter's statistics (Poisson, anti-grouping or sub-Poisson, defined in Fig. 9). This optical signal will be divided into two beams through a beam separator (BS: "Beam Splitter") 50/50, forcing each photon to take the path L or the path R. In this process, therefore, they will be generated two new signals (ii in Fig. 8 (a)). In addition, a tunable time delay has been added to path R. Both beams defined in L and R are made to influence separately and in a controlled manner the time-space converter, in particular on the deflection element thereof ((3) in Fig. 5), so they will go to two rows other than the CCD, indicated as row L and row R in Fig. 8 (a). The pulses in each beam of light will be detected

por píxeles equiespaciados (a través de la sincronización impuesta por el deflector de haz, como se explicó anteriormente) y divididos por dos filas de la CCD, que recogerán pues los haces L y R. De esta manera, en cada adquisición se obtienen dos subconjuntos de datos Lj (Lj1 .. Ljn) y Rj (Rj1 .. Rjn), donde j da cuenta de la medida realizada (j = 1 ... m). En la figura 8(a) se ha usado el ejemplo de retardo = +1, pero éste, es decir el retardo puede tomar valores enteros negativos y positivos, como también el valor 0. Este procedimiento se realiza un número m de veces, m adquisiciones en la CCD. La información sobre la señal óptica y la naturaleza de los emisores que la generan podrá ser determinada a partir de este análisis. by equiespaced pixels (through the synchronization imposed by the beam deflector, as explained above) and divided by two rows of the CCD, which will then pick up beams L and R. Thus, in each acquisition two subsets are obtained of data Lj (Lj1 .. Ljn) and Rj (Rj1 .. Rjn), where j gives an account of the measurement taken (j = 1 ... m). In Figure 8 (a) the example of delay = +1 has been used, but this, that is, the delay can take negative and positive integer values, as well as the value 0. This procedure is performed a number m times, m acquisitions in the CCD. Information on the optical signal and the nature of the emitters that generate it can be determined from this analysis.

En la Fig. 8 se muestra el procedimiento para analizar la estadística de emisión de fotones usando la medida basada en el análisis de la función de correlación de segundo orden. Para realizar el análisis de la función de correlación de segundo orden, el proceso de medida experimental usa las siguientes definiciones de Oper 1 y 2 (Fig. 7 (c)). Oper1 calcula la multiplicación componente a componente de los subconjuntos L y R, generando un tercer conjunto C de igual dimensión. Por otro lado, Oper2 calcula el cociente entre el valor medio del conjunto C y la multiplicación entre los valores medios de los conjuntos L y R, lo que equivale al cálculo de la función de correlación de segundo orden que llamamos Adq (retardo). ). The procedure to analyze the photon emission statistics using the measurement based on the analysis of the second order correlation function is shown in Fig. 8. To perform the analysis of the second order correlation function, the experimental measurement process uses the following definitions of Oper 1 and 2 (Fig. 7 (c)). Oper1 calculates the component-to-component multiplication of subsets L and R, generating a third set C of equal dimension. On the other hand, Oper2 calculates the ratio between the average value of the set C and the multiplication between the average values of the sets L and R, which is equivalent to the calculation of the second order correlation function that we call Adq (delay). ).

El resultado final se obtendrá calculando el valor medio de los m valores de Adq (retardo) = g2(τ). Este parámetro será función del retardo elegido entre las filas L y R. The final result will be obtained by calculating the average value of the m values of Adq (delay) = g2 (τ). This parameter will be a function of the delay chosen between rows L and R.

A continuación se van a presentar los resultados de unas simulaciones realizadas con el sistema y método de la presente invención. Se han realizado simulaciones del método del análisis usando el cálculo de la función de correlación de segundo orden descrito en los párrafos anteriores, usando como parámetro de entrada las funciones de probabilidad de la emisión de fotones para tres distribuciones concretas (determinadas por la naturaleza del emisor): distribución Bose-Einstein (Fig. 9(a), distribución de Poisson (Fig.9(b)) y distribución sub-Poisson (Fig. 9(c)) (fotones uno-a-uno o “antiagrupados”). Estas distribuciones quedan 〈〉), el cual se ha elegido igual a 1 ሺ〈 〉ൌNext, the results of simulations performed with the system and method of the present invention will be presented. Simulations of the analysis method have been carried out using the calculation of the second order correlation function described in the previous paragraphs, using as an input parameter the probability functions of the photon emission for three specific distributions (determined by the nature of the emitter ): Bose-Einstein distribution (Fig. 9 (a), Poisson distribution (Fig. 9 (b)) and sub-Poisson distribution (Fig. 9 (c)) (one-on-one or “anti-grouped” photons) These distributions remain 〈〈), which has been chosen equal to 1 ሺ 〈〉 ൌ

௙
ܰ ௙
ܰ parametrizadas por el valor medio de fotones (௙
ܰ ௙
ܰ parameterized by the average photon value (

1ሻ. Primero se mostrará el caso ideal, en el que no se suponen pérdidas del sistema, ni efecto de ruido externo. Posteriormente se evalúa el efecto de las perdidas, añadiendo un canal aleatorio de supresión de fotones, como, a su vez, el efecto del ruido, simulado ponderando la distribución de probabilidad de emisión de fotones con una distribución Poisson con peso relativo variable. En cada caso se ha elegido 100 pulsos (n = 100) por cada fila de la CCD y 100 adquisiciones (m = 100). Este caso se comparará con el obtenido para n = m = 1000, que supondría un caso estadísticamente más representativo. 1 ሻ. First, the ideal case will be shown, in which no system losses or external noise effect are assumed. Subsequently, the effect of the losses is evaluated, adding a random photon suppression channel, as, in turn, the effect of the noise, simulated by weighing the probability distribution of photons with a Poisson distribution with variable relative weight. In each case, 100 pulses (n = 100) have been chosen for each row of the CCD and 100 acquisitions (m = 100). This case will be compared with that obtained for n = m = 1000, which would be a statistically more representative case.

En la Fig. 10 se muestran los resultados de la simulación de la medida de la función de correlación de segundo orden (g2(t)) siguiendo el procedimiento descrito arriba, para el caso ideal sin pérdidas ni ruido (Fig. 10(a)) y para un caso realista en el que se incorpora el 50% de pérdidas del sistema, y un ruido del 20% respecto a la señal óptica (Fig. 10(b)). Los resultados para esta simulación se correlacionan perfectamente con los obtenidos para el análisis de la desviación estándar, si bien para las estadísticas Bose-Einstein y Antiagrupada, la diferencia entre los valores de g2(t = 0) y g2(t ≠ 0) se hace mucho más notable, incluso cuando se añade el efecto de las pérdidas del sistema y del ruido. Esto es, la función g2(t) obtenida con la técnica propuesta por la presente invención ofrece una evaluación de la estadística de emisión de fotones con un buen contraste entre los valores para t = 0 y t ≠ 0. The results of the simulation of the measurement of the second order correlation function (g2 (t)) are shown in Fig. 10 following the procedure described above, for the ideal case without losses or noise (Fig. 10 (a) ) and for a realistic case in which 50% of system losses are incorporated, and a noise of 20% with respect to the optical signal (Fig. 10 (b)). The results for this simulation correlate perfectly with those obtained for the analysis of the standard deviation, although for the Bose-Einstein and Antiagrupada statistics, the difference between the values of g2 (t = 0) and g2 (t ≠ 0) is it makes it much more noticeable, even when the effect of system losses and noise is added. That is, the function g2 (t) obtained with the technique proposed by the present invention offers an evaluation of the photon emission statistics with a good contrast between the values for t = 0 and t ≠ 0.

Los resultados analizados, así como la validación experimental del método de modulación espacial, demuestran la posibilidad de determinar y clasificar la naturaleza de la estadística de emisión de los fotones mediante un montaje experimental alternativo al HBT. Usando este tipo de medida experimental se pueden realizar distintos análisis “off-line” de los datos de adquisición de una CCD. La ventaja principal de la técnica experimental propuesta por la presente invención proviene del tiempo de adquisición necesario para medir el valor de g2(τ). Para realizar una estimación del tiempo de adquisición se han usado, las características técnicas de dos cámaras CCD comerciales que actualmente están en el mercado. Estas cámaras CCD son capaces de trabajar en régimen de detección de un solo fotón, debido a su acción de multiplicación electrónica, en las regiones espectrales de máxima eficiencia cuántica. Las diferencias esenciales entre ambas cámaras, llámense A y B, provienen del número total de pixeles y de la velocidad máxima en modo “Cropped Sensor Mode” (CSM). La primera de ellas, cámara A, posee 512 pixeles, mientras que la segunda, cámara B, posee 1024. Esto implica que un número razonable de pulsos a lo largo de la CCD (n) podría ser 50 y 100 para cada cámara, respectivamente. Teniendo en cuenta el análisis de la dispersión del valor de g2(t) en función de n y m, se puede estimar que el valor mínimo de adquisiciones en cada caso debe ser de 400 y 200. De esta forma, el valor de la dispersión es lo suficientemente bajo para poder obtener una lectura lo suficientemente nítida. The analyzed results, as well as the experimental validation of the spatial modulation method, demonstrate the possibility of determining and classifying the nature of the photon emission statistics by means of an experimental setup alternative to HBT. Using this type of experimental measurement, different “off-line” analyzes of the acquisition data of a CCD can be performed. The main advantage of the experimental technique proposed by the present invention comes from the acquisition time necessary to measure the value of g2 (τ). To estimate the acquisition time, the technical characteristics of two commercial CCD cameras that are currently on the market have been used. These CCD cameras are capable of working in a single photon detection regime, due to their electronic multiplication action, in the spectral regions of maximum quantum efficiency. The essential differences between both cameras, call A and B, come from the total number of pixels and the maximum speed in “Cropped Sensor Mode” (CSM) mode. The first one, camera A, has 512 pixels, while the second one, camera B, has 1024. This implies that a reasonable number of pulses along the CCD (n) could be 50 and 100 for each camera, respectively. . Taking into account the analysis of the dispersion of the value of g2 (t) as a function of n and m, it can be estimated that the minimum value of acquisitions in each case should be 400 and 200. In this way, the value of the dispersion is what low enough to get a clear enough reading.

Tomando como referencia los valores de los “frame rates” (velocidades de fotogramas) de ambas cámaras en modo CSM, se han estimado los tiempos totales de integración usando estos parámetros de adquisición. De esta forma, la velocidad máxima de adquisición, sin tener en cuenta el tiempo necesario del cálculo “off-line”, usando la cámara A (512x1 Taking as reference the values of the “frame rates” of both cameras in CSM mode, the total integration times have been estimated using these acquisition parameters. In this way, the maximum acquisition speed, without taking into account the necessary time of the “off-line” calculation, using camera A (512x1

píxeles) y la cámara B (1024 x 1 píxeles) sería de 36 y 48 ms para cada valor de retardo. Sin embargo, para realizar esta medida a esta velocidad se necesitarían dos cámaras iguales y sincronizadas para adquirir los canales L y R. La medida se puede realizar con solo una cámara si se aumenta el tamaño del “array” en el modo CSM (por ejemplo, usando unos 5 “arrays” de 512x32 o 1024x32 en cada cámara, respectivamente). De esta forma, el tiempo de integración usando los parámetros de n y m descritos anteriormente para cada cámara, aumentarían hasta 0.5 y 0.72 s. Por tanto, usando la técnica de la presente invención según se ha descrito y simulado arriba, usando cámaras CCD actuales, el tiempo de integración para obtener el valor de g2(0) de un sistema emisor de fotones se podría reducir hasta 3 - 4 pixels) and camera B (1024 x 1 pixels) would be 36 and 48 ms for each delay value. However, to perform this measurement at this speed, two equal and synchronized cameras would be required to acquire the L and R channels. The measurement can be performed with only one camera if the size of the array is increased in CSM mode (for example , using about 5 arrays of 512x32 or 1024x32 in each camera, respectively). In this way, the integration time using the parameters of n and m described above for each camera would increase to 0.5 and 0.72 s. Therefore, using the technique of the present invention as described and simulated above, using current CCD cameras, the integration time to obtain the value of g2 (0) of a photon emitting system could be reduced to 3-4.

10 órdenes de magnitud, clasificar así la naturaleza de su estadística o bien usar la técnica para implementar operaciones de manejo de fotones, por ejemplo, en el futuro campo de la óptica cuántica integrada para computadores cuánticos y telecomunicaciones (manejo cuántico de la información). 10 orders of magnitude, thus classifying the nature of its statistics or using the technique to implement photon management operations, for example, in the future field of integrated quantum optics for quantum computers and telecommunications (quantum information management).

15 Un experto en la materia podría introducir cambios y modificaciones en los ejemplos de realización descritos sin salirse del alcance de la invención según está definido en las reivindicaciones adjuntas. A person skilled in the art could introduce changes and modifications in the described embodiments without departing from the scope of the invention as defined in the appended claims.

Claims

1.- System for measuring and analyzing temporal light signals, which includes:

--: medios de conversión tiempo-espacio que comprenden unos medios de deflexión time-space conversion means comprising deflection means

(3) configured and arranged to receive a temporarily variable light signal (Sr) and convert it into a spatially variable light signal (Or);

--: medios de foto-detección multicanal (4) configurados y dispuestos para detectar dicha señal luminosa variable espacialmente (Or); y multichannel photo-detection means (4) configured and arranged to detect said spatially variable light signal (Or); Y

--: medios de procesamiento (5) en conexión con dichos medios de foto-detección multicanal (4) y configurados y dispuestos para recibir y procesar unos datos proporcionados por éstos y correspondientes o asociados a unos valores que la señal luminosa variable espacialmente (Or) tiene en cada uno de los canales de los medios de foto-detección multicanal (4), estando el sistema previsto para el análisis de señales luminosas pulsadas moduladas temporalmente según una frecuencia de excitación fe, caracterizado porque: processing means (5) in connection with said multichannel photo-detection means (4) and configured and arranged to receive and process data provided by them and corresponding or associated with values that the spatially variable light signal (Or) has in each of the channels of the multi-channel photo-sensing means (4), the system being provided for the analysis of pulsed light signals temporarily modulated according to an excitation frequency faith, characterized in that:

--: dichos medios de conversión tiempo-espacio comprenden además unos medios de control (6) que controlan a dichos medios de deflexión (3) para que operen sincronizadamente con dicha modulación temporal con una frecuencia de deflexión fd tal que: fe said time-to-space conversion means further comprise control means (6) that control said deflection means (3) to operate synchronously with said temporary modulation with a deflection frequency fd such that: faith

ൌ ݊
݂ ݂

where n is a natural number other than zero;

--: dichos medios de foto-detección (4) están configurados y dispuestos para detectar la señal luminosa variable espacialmente (Or) procedente directamente de los medios de deflexión (3); y porque said photo-detection means (4) are configured and arranged to detect the spatially variable light signal (Or) coming directly from the deflection means (3); and because

--: dicha señal luminosa variable temporalmente (Sr) es generada por una muestra (2) al recibir dicha muestra (2) una señal de excitación (Se) emitida por una fuente pulsada de excitación (1), directamente, sin pasar a través de ningún elemento óptico, de manera que la modulación temporal se genera directamente sobre la señal luminosa variable temporalmente (Sr) generada por la muestra (2). said temporarily variable light signal (Sr) is generated by a sample (2) upon receiving said sample (2) an excitation signal (Se) emitted by a pulsed excitation source (1), directly, without passing through any element optical, so that the temporal modulation is generated directly on the temporarily variable light signal (Sr) generated by the sample (2).

2. System according to claim 1, characterized in that said deflection means (3) comprise at least one light deflector element (3) configured and arranged to sequentially, under the control of the control means (6), different portions temporal of the pulsed light signal temporarily variable (Sr) to about

corresponding different photo-detection zones of the multi-channel photo-detection means (4), each associated to at least one of the photo-detection channels.

3. System according to claim 2, characterized in that said light deflector element (3), which is at least one, is movable under the control of the control means (6) to produce said addressing of the different temporal portions of the Temporarily variable light signal (Sr) to the corresponding different photo-detection zones of the multi-channel photo-detection means (4).

4. System according to claim 3, characterized in that said light deflector element (3), which is at least one, is rotatably movable around at least one axis of rotation (E1), and is arranged so that depending on its angular position direct the temporarily variable light signal (Sr), incident on it, towards one or another of the photo-detection zones of the multi-channel photo-detection means (4), where fd corresponds to the rotation frequency of the light baffle element (3) around said axis of rotation (E1).

5. System according to claim 2, 3 or 4, characterized in that the light deflector element (3), which is at least one, deflects the light by reflection and / or by transmission.

6. System according to claim 5, characterized in that the light deflector element (3), which is at least one, comprises at least one mirror with at least one reflective face.

7. System according to claim 6, characterized in that said mirror, which is at least one, comprises a plurality of angularly offset reflective faces.

8. System according to any of the preceding claims 2 to 7, characterized in that the deflection means comprise at least one of the following systems: a galvanometric system comprising two of said light deflector elements, a micro-electromechanical system that includes a plurality of said light baffle elements, one or more light baffle elements consisting of respective acoustic-optical and / or electro-optical baffle elements, a micro-ring resonator, or a combination thereof.

9. System according to any of the preceding claims, characterized in that it is applied to the measurement and analysis of the life times of optical transitions, or of variables related to said life times.

10. System according to any of the preceding claims, characterized in that said pulsed excitation source (1) carries out said temporal modulation of the pulsed light signals (Sr) according to said excitation frequency fe.

11. System according to claim 1, characterized in that the multichannel photo-detection means (4) comprise an ordered arrangement of photo-detector elements, and because the processing means (5) are programmed to perform said pulsed light signal analysis temporarily modulated by implementing time-resolved photoluminescence techniques by processing said data provided by the multichannel photo-detection means (4) by integrating, during a certain time, the data received in each of said photo-detector elements.

12. System according to any of the preceding claims, characterized in that it comprises an optical splitter (B) configured and arranged to separate said light signal (Sr) into two corresponding light sub-signals (Sr1, Sr2) and direct them to two respective differentiated regions of said deflection means (3), the deflection means being

(3) configured and arranged to, under the control of said control means (6), send one of said light sub-signals (Sr1) to one of two channel groupings of the multi-channel photo-sensing means (4) and send the other light sub-signal (Sr2) to the other channel grouping of the multi-channel photo-sensing means (4).

13. System according to claim 12, characterized in that it comprises a retarding optical element (Br) configured and arranged in the path of one of said luminous sub-signals (Sr1, Sr2) to delay its arrival at the deflection means (3) with respect to the arrival of the other light sub-signal.

14. System according to claim 12 or 13, characterized in that the multichannel photodetection means (4) comprise an ordered arrangement of photodetector elements that includes at least two differentiated sub-arrangements, each constituting a respective one of the two groups of receiver channels of the two light sub-signals (Sr1, Sr2), and because the processing means (5) are programmed to perform said analysis of temporary light signals by implementing photon emission statistics analysis techniques, processing the data provided by the multi-channel photo-sensing means (4) in each of said ordered sub-arrangements of photo-detector elements using a correlation function

of order two, g2 (τ), where τ equals the delay between each of the light sub-signals (Sr1, Sr2).

15. System according to any one of claims 1 to 11, characterized in that it comprises a separating optical element (C) configured and arranged to spatially divide said temporarily modulated light signal (Sr) into a continuum of luminous sub-signals (Srd1… Srdn) with different wavelengths, dispersing them along a Y axis, and directing them to respective differentiated regions of said deflection means (3), the deflection means (3) being configured and arranged for, under the control of the control means ( 6), send each of the light sub-signals (Srd1… Srdn) to respective channel groupings of the multichannel photo-detection means (4) arranged according to a Y axis.

16. System according to claim 15, characterized in that the multichannel photo-detection means (4) comprise an ordered arrangement of grid-shaped photo-detector elements where each of said channel groupings is formed by a respective row of elements of photo-detection that extends along an X axis and that are stacked on each other along said Y axis, forming said grid, so that the data provided by the grid of photo-detector elements corresponds respectively to variations in wavelength, according to the Y axis, and with temporal variations, according to the X axis, and because the processing means (5) are programmed to perform said analysis of temporary light signals by implementing photoluminescence techniques resolved in time and spectrally, processing the data provided by the grid of photo-detector elements.

17.- Method for measuring and analyzing temporary light signals, which includes:

--: recibir una señal luminosa variable temporalmente (Sr) y convertirla en una señal luminosa variable espacialmente (Or), utilizando unos medios de conversión tiempo-espacio que comprenden unos medios de deflexión (3); receiving a temporarily variable light signal (Sr) and converting it into a spatially variable light signal (Or), using time-space conversion means comprising deflection means (3);

--: detectar dicha señal luminosa variable espacialmente (Or) en unos medios de fotodetección multicanal (4); y detecting said spatially variable light signal (Or) in multichannel photodetection means (4); Y

--: recibir y procesar, mediante unos medios de procesamiento (5), unos datos proporcionados por dichos medios de foto-detección multicanal (4) y correspondientes o asociados a unos valores que la señal luminosa variable espacialmente (Or) tiene en cada uno de los canales de los medios de foto-detección multicanal (4), en donde se realiza un análisis de señales luminosas pulsadas moduladas temporalmente según una frecuencia de excitación fe, receiving and processing, by means of processing means (5), data provided by said multichannel photo-detection means (4) and corresponding or associated to values that the spatially variable light signal (Or) has in each of the channels of the multichannel photo-detection means (4), where an analysis of pulsed light signals temporarily modulated according to an excitation frequency is performed,

the method being characterized in that it comprises controlling said deflection means

(3) to operate synchronously with said temporary modulation with a frequency of deflection fd such that:

݂ e

ൌ ݊
݂ ݂

where n is a natural number other than zero, where:

--: dichos medios de foto-detección (4) detectan la señal luminosa variable espacialmente (Or) procedente directamente de los medios de deflexión (3); y said photo-detection means (4) detect the spatially variable light signal (Or) coming directly from the deflection means (3); Y

--: dicha señal luminosa variable temporalmente (Sr) es generada por una muestra (2) al recibir dicha muestra (2) una señal de excitación (Se) emitida por una fuente pulsada de excitación (1), directamente, sin pasar a través de ningún elemento óptico, de manera que la modulación temporal se genera directamente sobre la señal luminosa variable temporalmente (Sr) generada por la muestra (2); y porque el método comprende: said temporarily variable light signal (Sr) is generated by a sample (2) upon receiving said sample (2) an excitation signal (Se) emitted by a pulsed excitation source (1), directly, without passing through any element optical, so that the temporal modulation is generated directly on the temporarily variable light signal (Sr) generated by the sample (2); and because the method comprises:

18. Method according to claim 17, characterized in that it is adapted to use the system according to any one of claims 1 to 16.

19. Computer program, which includes code instructions that when executed in a computer implement the method data processing according to any one of claims 17 to 18.

DRAWINGS

Fig. 1

FLRT APD

CCD spectrum

Fig 2

Fig. 3

Fig. 4

Fig. 5

Fig. 7

Fig. 8

Fig. 9

Fig. 10