CN107851965A - 用于荧光寿命分析的光源 - Google Patents
用于荧光寿命分析的光源 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107851965A CN107851965A CN201680043129.8A CN201680043129A CN107851965A CN 107851965 A CN107851965 A CN 107851965A CN 201680043129 A CN201680043129 A CN 201680043129A CN 107851965 A CN107851965 A CN 107851965A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pulse
- light
- pulse generator
- generator
- transistor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 title claims abstract description 58
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 155
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 66
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 83
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 39
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 33
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 claims description 27
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims description 23
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 21
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 20
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 19
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 17
- 210000001367 artery Anatomy 0.000 claims description 14
- 210000003462 vein Anatomy 0.000 claims description 14
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 claims description 13
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 10
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 10
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 10
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 8
- 238000004080 punching Methods 0.000 claims description 7
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims description 5
- 230000005622 photoelectricity Effects 0.000 claims description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 4
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims description 4
- 241000208340 Araliaceae Species 0.000 claims description 2
- 235000005035 Panax pseudoginseng ssp. pseudoginseng Nutrition 0.000 claims description 2
- 235000003140 Panax quinquefolius Nutrition 0.000 claims description 2
- 235000008434 ginseng Nutrition 0.000 claims description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 abstract description 34
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 47
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 42
- 239000000463 material Substances 0.000 description 19
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 18
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 17
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 16
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 16
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 15
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 12
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 11
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 11
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 10
- 238000012014 optical coherence tomography Methods 0.000 description 10
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 10
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 8
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 7
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 7
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 7
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 6
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 5
- 108010076504 Protein Sorting Signals Proteins 0.000 description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 5
- 230000005404 monopole Effects 0.000 description 5
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 5
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 5
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 5
- AUNGANRZJHBGPY-SCRDCRAPSA-N Riboflavin Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)CN1C=2C=C(C)C(C)=CC=2N=C2C1=NC(=O)NC2=O AUNGANRZJHBGPY-SCRDCRAPSA-N 0.000 description 4
- FPIPGXGPPPQFEQ-OVSJKPMPSA-N all-trans-retinol Chemical compound OC\C=C(/C)\C=C\C=C(/C)\C=C\C1=C(C)CCCC1(C)C FPIPGXGPPPQFEQ-OVSJKPMPSA-N 0.000 description 4
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000007850 fluorescent dye Substances 0.000 description 4
- 238000001215 fluorescent labelling Methods 0.000 description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 4
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 3
- GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N Indium phosphide Chemical compound [In]#P GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 3
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 3
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 3
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 3
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 3
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 3
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 3
- 230000001976 improved effect Effects 0.000 description 3
- -1 nitride Compound Chemical class 0.000 description 3
- 238000001208 nuclear magnetic resonance pulse sequence Methods 0.000 description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 3
- FPIPGXGPPPQFEQ-UHFFFAOYSA-N 13-cis retinol Natural products OCC=C(C)C=CC=C(C)C=CC1=C(C)CCCC1(C)C FPIPGXGPPPQFEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KKAJSJJFBSOMGS-UHFFFAOYSA-N 3,6-diamino-10-methylacridinium chloride Chemical compound [Cl-].C1=C(N)C=C2[N+](C)=C(C=C(N)C=C3)C3=CC2=C1 KKAJSJJFBSOMGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- AUNGANRZJHBGPY-UHFFFAOYSA-N D-Lyxoflavin Natural products OCC(O)C(O)C(O)CN1C=2C=C(C)C(C)=CC=2N=C2C1=NC(=O)NC2=O AUNGANRZJHBGPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUMBMVFBXHLACL-UHFFFAOYSA-N Melanin Chemical compound O=C1C(=O)C(C2=CNC3=C(C(C(=O)C4=C32)=O)C)=C2C4=CNC2=C1C XUMBMVFBXHLACL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 239000007844 bleaching agent Substances 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 230000004087 circulation Effects 0.000 description 2
- 238000007621 cluster analysis Methods 0.000 description 2
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 206010012601 diabetes mellitus Diseases 0.000 description 2
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 2
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 2
- MURGITYSBWUQTI-UHFFFAOYSA-N fluorescin Chemical compound OC(=O)C1=CC=CC=C1C1C2=CC=C(O)C=C2OC2=CC(O)=CC=C21 MURGITYSBWUQTI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- 208000015181 infectious disease Diseases 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 239000003068 molecular probe Substances 0.000 description 2
- 229950006238 nadide Drugs 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 229960003471 retinol Drugs 0.000 description 2
- 235000020944 retinol Nutrition 0.000 description 2
- 239000011607 retinol Substances 0.000 description 2
- 239000002151 riboflavin Substances 0.000 description 2
- 229960002477 riboflavin Drugs 0.000 description 2
- 235000019192 riboflavin Nutrition 0.000 description 2
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 2
- 235000002374 tyrosine Nutrition 0.000 description 2
- 230000009385 viral infection Effects 0.000 description 2
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017083 AlN Inorganic materials 0.000 description 1
- 201000009030 Carcinoma Diseases 0.000 description 1
- 102000008186 Collagen Human genes 0.000 description 1
- 108010035532 Collagen Proteins 0.000 description 1
- 241000218691 Cupressaceae Species 0.000 description 1
- NOQGZXFMHARMLW-UHFFFAOYSA-N Daminozide Chemical group CN(C)NC(=O)CCC(O)=O NOQGZXFMHARMLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 1
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 1
- 229910005540 GaP Inorganic materials 0.000 description 1
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002527 Glycogen Polymers 0.000 description 1
- OUYCCCASQSFEME-QMMMGPOBSA-N L-tyrosine Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CC1=CC=C(O)C=C1 OUYCCCASQSFEME-QMMMGPOBSA-N 0.000 description 1
- XJLXINKUBYWONI-NNYOXOHSSA-N NADP zwitterion Chemical class NC(=O)C1=CC=C[N+]([C@H]2[C@@H]([C@H](O)[C@@H](COP([O-])(=O)OP(O)(=O)OC[C@@H]3[C@H]([C@@H](OP(O)(O)=O)[C@@H](O3)N3C4=NC=NC(N)=C4N=C3)O)O2)O)=C1 XJLXINKUBYWONI-NNYOXOHSSA-N 0.000 description 1
- 108091000080 Phosphotransferase Proteins 0.000 description 1
- 241000220010 Rhode Species 0.000 description 1
- 241000700605 Viruses Species 0.000 description 1
- QYSXJUFSXHHAJI-XFEUOLMDSA-N Vitamin D3 Natural products C1(/[C@@H]2CC[C@@H]([C@]2(CCC1)C)[C@H](C)CCCC(C)C)=C/C=C1\C[C@@H](O)CCC1=C QYSXJUFSXHHAJI-XFEUOLMDSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000001014 amino acid Nutrition 0.000 description 1
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000005513 bias potential Methods 0.000 description 1
- 238000011953 bioanalysis Methods 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 description 1
- 239000011469 building brick Substances 0.000 description 1
- 230000019522 cellular metabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 229920001436 collagen Polymers 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 1
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000005281 excited state Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 238000012921 fluorescence analysis Methods 0.000 description 1
- 238000001917 fluorescence detection Methods 0.000 description 1
- 238000002292 fluorescence lifetime imaging microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000002073 fluorescence micrograph Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- HZXMRANICFIONG-UHFFFAOYSA-N gallium phosphide Chemical compound [Ga]#P HZXMRANICFIONG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 230000036252 glycation Effects 0.000 description 1
- 229940096919 glycogen Drugs 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 150000002402 hexoses Chemical class 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 210000000936 intestine Anatomy 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 238000002372 labelling Methods 0.000 description 1
- 239000003446 ligand Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 201000001441 melanoma Diseases 0.000 description 1
- 238000000386 microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229930027945 nicotinamide-adenine dinucleotide Natural products 0.000 description 1
- BOPGDPNILDQYTO-NNYOXOHSSA-N nicotinamide-adenine dinucleotide Chemical compound C1=CCC(C(=O)N)=CN1[C@H]1[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](COP(O)(=O)OP(O)(=O)OC[C@@H]2[C@H]([C@@H](O)[C@@H](O2)N2C3=NC=NC(N)=C3N=C2)O)O1 BOPGDPNILDQYTO-NNYOXOHSSA-N 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 239000013610 patient sample Substances 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 102000020233 phosphotransferase Human genes 0.000 description 1
- 150000008442 polyphenolic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 235000013824 polyphenols Nutrition 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 235000018102 proteins Nutrition 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- LXNHXLLTXMVWPM-UHFFFAOYSA-N pyridoxine Chemical compound CC1=NC=C(CO)C(CO)=C1O LXNHXLLTXMVWPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000008160 pyridoxine Nutrition 0.000 description 1
- 239000011677 pyridoxine Substances 0.000 description 1
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 description 1
- 239000000700 radioactive tracer Substances 0.000 description 1
- 230000011514 reflex Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 210000002784 stomach Anatomy 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- OUYCCCASQSFEME-UHFFFAOYSA-N tyrosine Natural products OC(=O)C(N)CC1=CC=C(O)C=C1 OUYCCCASQSFEME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003668 tyrosines Chemical class 0.000 description 1
- 238000005019 vapor deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000001429 visible spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- 235000013343 vitamin Nutrition 0.000 description 1
- 239000011782 vitamin Substances 0.000 description 1
- 229940088594 vitamin Drugs 0.000 description 1
- 229930003231 vitamin Natural products 0.000 description 1
- QYSXJUFSXHHAJI-YRZJJWOYSA-N vitamin D3 Chemical compound C1(/[C@@H]2CC[C@@H]([C@]2(CCC1)C)[C@H](C)CCCC(C)C)=C\C=C1\C[C@@H](O)CCC1=C QYSXJUFSXHHAJI-YRZJJWOYSA-N 0.000 description 1
- 235000005282 vitamin D3 Nutrition 0.000 description 1
- 239000011647 vitamin D3 Substances 0.000 description 1
- 229940021056 vitamin d3 Drugs 0.000 description 1
- 150000003722 vitamin derivatives Chemical class 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
- H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
- H01S5/0428—Electrical excitation ; Circuits therefor for applying pulses to the laser
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J11/00—Measuring the characteristics of individual optical pulses or of optical pulse trains
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/28—Investigating the spectrum
- G01J3/44—Raman spectrometry; Scattering spectrometry ; Fluorescence spectrometry
- G01J3/4406—Fluorescence spectrometry
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
- H01S5/0265—Intensity modulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/0601—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium comprising an absorbing region
- H01S5/0602—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium comprising an absorbing region which is an umpumped part of the active layer
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
- H01S5/06209—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes in single-section lasers
- H01S5/06216—Pulse modulation or generation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/305—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure
- H01S5/3086—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure doping of the active layer
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Geometry (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明阐述用于产生短及超短光脉冲的紧凑光源及方法。可用双极波形驱动半导体激光器或LED(2‑423)以产生具有短至大约85ps的FWHM持续时间的光脉冲，该光脉冲具有被抑制的尾部发射。该脉冲光源可用于生物样本的荧光寿命分析及时差测距成像以及其他应用。
Description
相关申请的交叉引用
本申请主张以下申请的优先权：2015年5月20日提出申请的标题为“脉冲激光器(Pulsed Laser)”的美国临时申请第62/164,485号，2015年8月7日提出申请的标题为“用于对接收的光子进行时间分仓的集成器件(Integrated Device for Temporal Binning ofReceived Photons)”的美国申请第14/821,656号，2016年2月17日提出申请的标题为“用于寿命成像和检测应用的传感器和器件(Sensor and Device for Lifetime Imaging andDetection Applications)”的美国临时申请第62/296,546号，及2016年3月18日提出申请的标题为“脉冲激光器和系统(Pulsed Laser and System)”的美国临时申请第62/310,398号，前述申请中的每一个均以引用的方式将其全文并入本申请中。
技术领域
本申请是涉及产生用于包含荧光寿命的时域应用和时差测距应用的短及超短光脉冲的装置及方法。
背景技术
超短光脉冲(即，小于约100皮秒的光脉冲)在各种研究及开发领域中以及涉及时域分析的商业应用中是有用的。举例而言，超短光脉冲对于以下各项可能是有用的：时域光谱法、光学测距、时域成像(TDI)及光学相干断层扫描光学相干断层扫描(OCT，OpticalCoherence Tomography)。超短脉冲也可用于包含光学通信系统的商业应用系统、医学应用及光电子装置及材料的测试。
常用的锁模激光器已被开发以产生超短光脉冲，且目前商业上可以获得多种这类激光器。举例而言，某些固态激光器及光纤激光器已被开发以递送具有远低于200飞秒的持续时间的脉冲。然而，对于某些应用，这些脉冲持续时间可能比用以获得有用结果所需要的脉冲持续时间短，且这类激光系统的成本可能是价格高昂的。另外，这类激光系统可以是具有一定大小的占地面积(例如，大约1ft2的量级或更大)和可感知重量且可能是并非易于携带的独立系统。这类激光系统及其驱动电子器件可能难以作为一可替换模块而并入至仪器中，或甚至不能并入至手持式装置中。因此，超短脉冲激光器通常制造成单独独立的仪器，针对特定应用，来自该单独独立的仪器的输出光束可以耦接至另一仪器。
发明内容
本文中所阐述的技术是关于用激光器二极管(LD)或发光二极管(LED)产生短及超短光脉冲的设备及方法。短脉冲是具有介于约100皮秒与约10纳秒之间的半峰全宽(FWHM，full-width-half-maximum)时间量变曲线(temporal profile)的脉冲。超短脉冲是具有小于约100皮秒的FWHM时间量变曲线的脉冲。所阐述的增益切换(gain switching)技术及相关电路可在紧凑、低成本激光器系统中实施以产生脉冲，所产生的脉冲在某些实施例中具有小于约2纳秒的持续时间且在某些情形中具有小于约100皮秒的持续时间。发明者已认识并了解到的是，紧凑、低成本脉冲激光器系统可并入至仪器(例如，荧光寿命成像装置、利用寿命分辨(lifetim-resolved)荧光检测的生物分析仪器、时差测距仪器、光学相干断层扫描光学相干断层扫描仪器)中，这可能允许该类仪器变为易于可携的且以明显低于使用常用超短脉冲激光器系统的这类系统所可能的成本来产生。高便携性可以使此类仪器对于研究、开发、临床应用、商业应用及家用应用来说更加有用。
1.某些实施例涉及一种脉冲光源，其包括：半导体二极管，配置为发射光；以及驱动电路，包含耦接至该半导体二极管的端子的晶体管，其中该驱动电路配置为接收单极脉冲且回应于接收到该单极脉冲而将双极电脉冲施加至该半导体二极管。
某些实施例涉及产生光脉冲的方法。一种方法可以包括以下动作：接收至少一个时钟信号；基于该至少一个时钟信号产生电脉冲；用该电脉冲驱动晶体管的栅极端子，其中该晶体管中的载流端子连接至配置为发射光的半导体二极管；以及将双极电流脉冲施加至该半导体二极管以产生光脉冲，从而回应通过该电脉冲对该晶体管进行的启动。
某些实施例是关于一种荧光寿命分析系统，其包括：半导体二极管，配置为发射光；驱动电路，配置为将双极电流脉冲施加至该半导体二极管来产生光脉冲；光学系统，布置成将该光脉冲递送至样本；以及光电探测器，配置为在该光电探测器的单一电荷累积间隔期间将光子到达时间区别成至少两个时间仓(bin)。
某些实施例是关于一种脉冲光源，其包括：半导体二极管，配置为发射光；第一逻辑门，配置为在该第一逻辑门的输出端处形成第一脉冲；以及驱动电路，耦接至该第一逻辑门，其中该驱动电路配置为接收该第一脉冲且回应于接收到该第一脉冲而将双极电脉冲施加至该半导体二极管以产生光脉冲。
某些实施例是关于一种脉冲光源，其包括：半导体二极管，配置为发射光；以及驱动电路，包含耦接至该半导体二极管的端子的晶体管，其中该驱动电路配置为接收单极脉冲且回应于接收到该单极脉冲而将双极电脉冲施加至该半导体二极管，其中该晶体管与该半导体二极管并联连接于电流源与参考电势位之间。
某些实施例是关于一种脉冲光源，其包括：半导体二极管，配置为发射光；以及多个第一电路分支，连接至该半导体二极管的第一端子，每一电路分支皆包括晶体管，该晶体管具有连接于参考电势与该半导体二极管的该第一端子之间的其载流端子。
某些实施例是关于一种脉冲光源，其包括：射频放大器，提供信号及反相信号；逻辑门，配置为接收该信号及相移的反相信号且输出脉冲及反相脉冲；合路器，配置为将该脉冲及该反相脉冲合路至共同输出端上；以及半导体二极管，耦接至该共同输出端且配置为响应于接收到该脉冲及该反相脉冲而产生光脉冲。
某些实施例是关于一种脉冲光源，其包括：射频逻辑门，配置为接收第一信号及该第一信号的反相版本且输出脉冲及该脉冲的反相版本；以及半导体二极管，连接至该射频逻辑门且布置成在该半导体二极管的第一端子处接收该脉冲并在该半导体二极管的第二端子处接收该脉冲的反相版本，且发射光脉冲。
结合附图从以下阐述中可以更充分地理解本发明教导的前述及其他方面、实施方案、动作、功能、特征及实施例。
附图说明
本领域技术人员应该理解的是，本文中所阐述的各附图仅是出于说明的目的。应理解的是，在某些示例中，本发明的各个方面可以夸大或放大地示出以便于理解本发明。在附图中，相似的附图标号一般而言是指相似的特征、遍及各个附图中的功能上类似和/或结构上类似的组件。附图未必按比例绘制，相反，附图着重于说明教导的原理。附图并不意欲以任何方式限制本发明教导的范围。
图1-1绘示根据某些实施例的与分析仪器合并的脉冲激光系统。
图1-2绘示根据某些实施例的一系列超短光脉冲。
图2-1A说明根据某些实施例的用于增益切换的光学泵及输出脉冲。
图2-1B说明根据某些实施例的松弛振荡(relaxation oscillation)。
图2-1C绘示根据某些实施例的示出了尾部(tail)的光输出脉冲。
图2-2A绘示根据某些实施例的脉冲半导体激光器二极管。
图2-2B绘示根据一个实施例的用于施加脉冲于激光器二极管或发光二极管的脉冲器电路示意图。
图2-2C说明根据某些实施例的递送至激光器二极管的电流的改良。
图2-3绘示根据某些实施例的用于对激光器二极管进行增益切换的电流驱动波形。
图2-4A绘示在某些实施例中用于驱动激光器二极管或发光二极管的脉冲器电路。
图2-4B绘示根据某些实施例的用于驱动激光器二极管或发光二极管的脉冲器电路示意图。
图2-4C绘示根据某些实施例的用于驱动激光器二极管或发光二极管的脉冲器电路示意图。
图2-4D绘示根据某些实施例的用于对激光器二极管或发光二极管施加脉冲的RF驱动器。
图2-4E说明根据某些实施例的由图2-4D的电路产生的驱动波形。
图2-4F绘示根据某些实施例的用于对激光器二极管或发光二极管施加脉冲的RF驱动器。
图2-4G说明根据某些实施例的由图2-4F的电路产生的驱动波形。
图2-4H绘示根据某些实施例的用于驱动激光器二极管或发光二极管的脉冲器电路示意图。
图2-4I说明根据某些实施例的耦合至激光器二极管的功率的效率。
图2-4J绘示根据某些实施例的用于对来自激光器二极管或发光二极管的光发射施加脉冲的脉冲器及驱动器电路。
图2-4K绘示根据某些实施例的用于产生一串脉冲的脉冲器电路。
图2-4L说明根据某些实施例的至脉冲器电路中的逻辑门的数据输入。
图2-4M绘示根据某些实施例的用于用电脉冲驱动激光器二极管或发光二极管的驱动器电路。
图2-5A绘示根据某些实施例的用于对激光器二极管进行增益切换的脉冲器电路。
图2-5B说明根据某些实施例的来自脉冲器电路的驱动电压。
图2-5C及图2-5D说明根据某些实施例的从增益开关激光器二极管中产生的超快光脉冲的实例性量测。
图2-6A绘示根据某些实施例的可以进行增益切换或调Q(Q-switched)的板坯耦合光学波导半导体激光器(slab-coupled optical waveguide semiconductor laser)。
图2-6B说明根据某些实施例的板条耦合光学波导激光器中的光学模式量变曲线。
图2-6C绘示根据某些实施例的集成增益开关半导体激光器及耦合可饱和吸收器。
图3-1绘示根据某些实施例的用于使光脉冲的时序与仪器电子器件同步的系统。
图3-2绘示根据某些实施例的用于使光脉冲的时序与仪器电子器件同步的系统。
图3-3绘示根据某些实施例的用于使来自两个脉冲源的光脉冲的时序与仪器电子器件同步的系统。
图3-4A绘示根据某些实施例的用于使来自两个脉冲源的光脉冲的交错时序与仪器电子器件同步的系统。
图3-4B绘示根据某些实施例的来自两个脉冲光源的交错同步脉冲串。
图4-1绘示根据某些实施例的用于分析样本的荧光寿命的仪器。
图4-2绘示具有不同发射寿命的荧光分子的发射概率。
图4-3绘示对来自荧光分子的荧光发射的时间分仓(time-binned)探测。
图4-4绘示根据某些实施例的时间分仓光电探测器。
图4-5A绘示根据某些实施例的后续接着荧光发射的多个激发脉冲和相应的分仓信号。
图4-5B绘示根据某些实施例的从特定荧光团的分仓信号产生的直方图。
在结合附图的情况下，依据下文所陈述之详细说明将更明了本发明的特征及优点。当参考附图阐述实施例时，可使用方向性参考(“上方”、“下方”、“顶部”、“底部”、“左侧”、“右侧”、“水平”、“垂直”等)。此等参考仅意欲作为对在正常方向上观看附图的读者的协助。此等方向性参考并不意欲阐述所体现装置的较佳或唯一定向。可以其他方向来体现装置。
具体实施方式
I.介绍
发明者已认识并了解到，具有低于1GHz的脉冲重复率的常用超短脉冲光源通常是大的、昂贵的且不适合用于诸多移动应用。举例而言，常用超短脉冲激光器不可以并入到紧凑且便携的仪器中。发明者已认识并了解到，小的短或超短脉冲光源可达成用于宽广范围的时域应用的新的且有用装置。此等应用包含但不限于时差测距成像、测距、荧光分析及荧光寿命分析、生物或化学分析、光学相干断层扫描光学相干断层扫描(OCT)及医学医护点(POC，point-of-care)仪器。在某些情形中，POC仪器可包括用于探测来自生物样本的荧光并分析该荧光以判定该生物样本的性质的设备。脉冲光源可用于在此仪器中激发荧光。根据某些实施例，发明者已设想紧凑型、短及超短脉冲光源及系统，该等光源及系统可产生处于各种波长的具有低于约2纳秒，甚至小于100皮秒的脉冲持续时间的光脉冲。
概括而言，图1-1绘示可并入至分析仪器1-100(诸如激发并探测荧光的POC或OCT仪器或时差测距成像仪器)中的脉冲光源1-110。该仪器可包含光学系统1-140及分析系统1-160。光学系统1-140可包含一或多个光学组件(例如，透镜、镜、光学滤波器、衰减器)且配置为对来自光源1-110的光脉冲进行操作和/或将该等光脉冲递送至分析系统1-160。该分析系统可包含一或多个组件(例如，透镜、镜、光学滤波器、衰减器、光电探测器)，该等组件布置为从待分析的样本1-170接收光信号(例如，荧光、反向散射的辐射)且产生表示所接收的光信号的电信号。在某些实施例中，分析系统1-160可进一步包含配置为处理电信号的电子器件。
根据某些实施例，脉冲光源1-110可包括进行过增益切换的至少一个激光器二极管(LD)。在某些实施例中，脉冲光源1-110可包括用短电流脉冲驱动的至少一个发光二极管(LED)。在分析仪器1-100中可包含产生纳秒尺度或更短的电流脉冲的脉冲器电路1-112来驱动光源1-110。
当配置为激光器二极管时，脉冲光源1-110可包括增益介质1-105(例如，可以或不可以包含多量子阱的任何适合的半导体结(semiconductor junction))，及界定光学激光器腔的各端部的至少两个腔镜1-102、1-104(或激光器二极管的反射面)。在某些实施例中，可出于光束整形、偏振控制、波长选择和/或脉冲形成的目的而在激光器腔中存在一或多个额外的光学组件。光收集光学器件可包含在激光器二极管，且该等光收集光学器件配置为将来自激光器二极管的发射集中至光束中。来自激光器二极管的光束可以或不可以通过光收集光学器件进行准直。当激光器以增益切换模式操作时，光脉冲可响应于穿过激光器的二极管结的电流脉冲的施加而在腔的端镜1-102、1-104之间的激光器腔内累加。一个腔镜1-104(通常被称为输出耦合器)可部分地传输脉冲的一部分，使得光脉冲1-122自脉冲激光器1-110发射。当将电流驱动脉冲重复地施加至激光器二极管时，可自激光器腔中快速连续地发射一串脉冲1-122(仅示出了一个)。此串脉冲可被称为激光器光束，该激光器光束可藉由束腰(beam waist)w来表征。激光器光束可以被准直(通过平行的虚线来指示)、部分地准直或可以不被准直。束腰表示所发射的激光器光束的横向尺寸(例如，针对高斯(Gaussian)光束，±1/e2是横向强度量变曲线值，或针对其他横向强度光束量变曲线，是一半峰全宽(FWHM)值)，且其值可随距输出耦合器的距离而改变。光束准直及腰宽可取决于激光器的腔几何形状及光学性质，以及激光器腔是否包含任何光学组件(例如，准直透镜)。
当配置为发光二极管时，脉冲光源1-110可包括任何适合的半导体结，该半导体结配置为发射不相干或部分相干的光。可以包含光收集光学器件且将其布置为将来自LED的发射集中至输出光束中。来自LED的光束可以或不可以藉由光收集光学器件准直。当操作时，LED回应于跨越LED结的电流脉冲的施加而产生主要是自发发射光子(spontaneouslyemitted photon)的光脉冲，但输出中也可存在作为放大自发发射的某些受激发射(stimulated emission)。通常，自LED发射的光谱带宽大约是10纳米的量级，而自LD发射的光谱带宽可小于2纳米。
可藉由对半导体材料和/或添加至该半导体材料的杂质进行挑选而选择自LD或LED发射的特征波长。基于磷化铟的半导体及其合金可用于光谱的红色及红外线区域中的较长波长。基于磷砷化镓的半导体及其合金可用于光谱的黄色区域中的较短波长。磷化镓铝或氮化镓及其合金可用于光谱的绿色及蓝色区域。
根据某些实施例，可以为用于激发并探测荧光的仪器(例如，POC荧光寿命成像仪器)的脉冲光源1-110选择特定半导体材料以产生具有以下特征波长中的一种或多种特征波长的脉冲：270nm、280nm、325nm、340nm、370nm、380nm、400nm、405nm、410nm、450nm、465nm、470nm、490nm、515nm、640nm、665nm、808nm及980nm。在某些实施方案中，可以为仪器的脉冲光源1-110选择半导体以产生脉冲，该等脉冲具有落在以下波长范围中的一个范围内的波长范围或波长的光谱分布：大约270nm至大约370nm、大约340nm至大约400nm、大约380nm至大约490nm及大约410nm至大约470nm。
为进行参考，词组“特征波长”或“波长”可以指有限辐射带宽内的中心或主波长。在某些情形中，其可以是指一辐射带宽内的峰值波长。词组“特征能量(characteristicenergy)”或“能量”可以指与特征波长相关联的能量。术语“光(optical)”可以指紫外线光谱带、可见光谱带、近红外线光谱带及短波长红外线光谱带。
在某些实施例中，光学系统1-140可对自脉冲光源1-110发射的脉冲光束1-122进行操作。举例而言，光学系统可包含一或多个透镜以将光束重新整形和/或改变光束的发散度。光束的重新整形可以包含增加或减小束腰的值和/或改变光束的剖面形状(例如，椭圆形至圆形、圆形至椭圆形等)。改变光束的发散度可以包括增加或减小光束的发散度。在某些实施方案中，光学系统1-140可包含衰减器或光学放大器以改变光束能量的量。在某些情形中，光学系统可包含波长滤波组件。在某些实施方案中，光学系统可包含脉冲整形组件，例如，脉冲展宽器(stretcher)和/或脉冲压缩器。在某些实施例中，光学系统可包含一或多个非线性光学组件，诸如用于减小脉冲长度的可饱和吸收器或用于经由频率加倍(倍频)将脉冲波长转换成较短波长或经由参数放大转换成较长波长的非线性晶体。根据某些实施例，光学系统1-140可包含一或多个用于更改、选择和/或控制来自光源1-110的脉冲的偏振的组件。
尽管脉冲光源1-110及光学系统1-140在图1-1中展示为与分析系统1-160分离的组件，但脉冲光源及光学系统也可根据某些实施例制造成可装纳于分析系统1-160内的紧凑且可替换模块。在某些实施例中，脉冲器电路1-112及脉冲光源1-110可以集成在相同的板(例如，相同的印刷电路板)或相的同基板(例如，相同的半导体基板)上。
在各种实施例中，从脉冲光源发射的脉冲1-122可具有如在图1-2中所绘示的时间强度量变曲线。在某些实施例中，所发射的脉冲的峰值强度值可以是大约相等的，且量变曲线可具有高斯时间量变曲线，但其他量变曲线(诸如sech2量变曲线)也可以是可能的。在某些情形中，脉冲可不具有对称时间量变曲线且可具有其他时间形状。在某些实施例中，光源1-110内的增益和/或损耗动态可产生具有不对称量变曲线的脉冲，如下文结合图2-1C所阐述的。每个脉冲的持续时间可藉由半峰全宽(FWHM)值而表征，如在图1-2中所指示的。超短光脉冲可具有小于100皮秒的FWHM值。短光脉冲可具有小于大约10纳秒的FWHM值。
从光源1-110发射的脉冲的时间可藉由规则间隔T(有时被称为脉冲分离间隔(pulse-separation interval))间隔开。在某些实施例中，可藉由激光器中的主动增益和/或损耗调变速率而判定T。举例而言，激光器二极管进行增益切换的重复率或施加至发光二极管的结的电流可以判定脉冲分离间隔T。根据某些实施例，脉冲分离间隔T可介于约1ns与约100ns之间。在某些实施方案中，脉冲分离间隔T可以是长的(举例而言)以便以成像装置的帧速率来重复。在某些情形中，脉冲分离间隔T可介于约100ns与约50ms之间。
脉冲1-122的横向空间量变曲线在某些实施例中可以是单模高斯分布的，然而本发明并不限于此等量变曲线。在某些实施方案中，脉冲1-122的横向空间量变曲线可以是多模态，例如，具有多个相异强度峰值。针对多模源，光学系统1-140可以包含使脉冲的横向强度量变曲线均匀化的漫射光学器件。藉由允许使用多模源，可以从激光器二极管获得较高脉冲能量。举例而言，激光器二极管的有源区域可沿横切于激光器的光学轴的方向来扩大以增加其光输出。
当用于激发荧光时，来自脉冲光源的脉冲1-122可被称为“激发脉冲”。
术语“荧光分子”可用于指荧光标志、可附接至分子探针的荧光标记、荧光团及自发荧光分子。术语“荧光”可用于指从荧光标志、可附接至分子探针的荧光标记、荧光团及自发荧光分子发射的光。
Ⅱ.脉冲光源
发明者已设想用于自激光器二极管及发光二极管产生短及超短光脉冲的脉冲器电路及技术。已在某些实施方案中采用脉冲产生电路及技术来对半导体激光器进行增益切换且以最高达100MHz的重复率(T短至10纳秒)产生具有大约1W的峰值功率的一串85个的皮秒(ps)脉冲(FWHM)。在某些实施例中，单极或双极电流波形可由脉冲器电路产生且用于以激发光脉冲且抑制脉冲的尾部处的发射的方式驱动激光器二极管的增益介质。在某些实施例中，单极或双极电流波形可由脉冲器电路产生且可用于驱动一或多个发光二极管以输出短或超短光脉冲。
出于阐述激光器二极管中的增益切换的目的，包含图2-1A至图2-1C以说明与增益切换相关联的激光器动态。图2-1A说明根据某些实施例的表示施加至增益开关激光器的增益介质的泵功率的泵功率曲线2-110。如所绘示，可持续一短暂持续时间(如图所示为大约0.6微秒)对激光器腔中的增益介质施加泵功率。针对半导体激光器二极管，施加泵功率可包括施加跨越激光器二极管的p-n结或多量子阱(MQW)的偏置电流。泵功率脉冲可以经规则间隔的时间间隔(举例而言，以脉冲分离间隔或脉冲重复时间T)而重复地施加。
在施加泵功率脉冲期间，激光器腔中的光增益增加，直至该增益开始超过该腔中的光损耗为止。在此点之后，激光器可以开始发出激光(亦即，藉由受激发射的过程放大通过增益介质的光子)。放大过程引起激光器光的快速增加及增益介质中激发状态的消耗，从而产生如所绘示的至少一个输出脉冲2-130。在某些实施例中，对泵功率脉冲2-110定时以便大约在与输出脉冲的峰值出现的相同时间处关断。关断泵功率脉冲会终止进一步发出激光，使得输出脉冲2-130淬灭。在某些实施例中，输出脉冲2-130可具有比泵脉冲2-110短的持续时间，如在附图中所绘示。举例而言，由增益切换产生的输出脉冲2-130可小于泵脉冲2-110的持续时间的1/5。
若泵功率脉冲不被关断，则可出现在图2-1B中绘示的动态。在此情形中，绘示为阶梯函数的泵功率曲线(展示为泵电流密度)2-140表示施加至半导体激光器的电流密度。图展示出增益介质是藉由泵激电流密度而受到激发，这在激光器二极管的增益区域中产生载流子密度N。在时间t＝0处施加约两倍于激光阈值电流密度Ith的泵电流密度，然后使其继续。该图展示出半导体增益区域的载流子密度N增加，直至激光器的光增益超过腔中的损耗为止。在此点之后，第一脉冲2-161累加(将载流子密度和光增益消耗至一小于腔损耗的值)并被发射。随后，第二脉冲2-162累加，消耗载流子密度N并被发射。载流子密度的累加及消耗重复达数个循环，直至激光器稳定成连续波操作为止(例如，在此实例中是在约7纳秒之后)。脉冲(脉冲2-161、脉冲2-162及后续脉冲)的循环被称为激光器的松弛振荡。
发明者已认识并了解到，当对激光器进行增益切换以产生超短脉冲时的挑战是避免持续松弛振荡的有害效应。举例而言，若泵功率脉冲2-110未足够快速地终止，则至少第二光脉冲2-162(由于松弛振荡所引起)可在激光器腔中开始累加且将尾部2-172添加至经增益切换的输出脉冲2-170，如在图2-1C中所绘示。发明者已认识并了解到，该尾部在某些应用(诸如目的在于基于荧光寿命来区分荧光分子的应用)中可能是不合意的。若激发脉冲的尾部未充分快速地减少，则除非采用波长滤波，否则激发辐射可能压制探测器。替代地或另外，激发脉冲上的尾部可继续激发荧光分子且可能使荧光寿命的探测复杂化。
若激发脉冲的尾部充分快速地减少，则可能在荧光发射期间存在可忽略的激发辐射。在此等实施方案中，可能不需要在荧光发射的探测期间对激发辐射进行滤波以探测荧光发射并区分荧光分子寿命。在某些情形中，激发滤波的消除可显著简化分析系统1-160且减少该分析系统的成本并且允许该系统具有较紧凑的配置。举例而言，当不需要滤波器以在荧光发射期间抑制激发波长时，激发源及荧光电探测器可位于很近的位置(例如，在相同电路板或集成器件上，且甚至彼此间距几微米以内)。
发明者亦已认识并了解到，在某些情形中，可以容许激发脉冲上的尾部。举例而言，分析系统1-160可具易于让波长滤波器并入至探测光路径中的光学配置。波长滤波器可经选择以拒绝激发波长，使得探测器从生物样本接收可量化荧光。因此，来自脉冲光源的激发辐射不会压制所探测的荧光。
在某些实施例中，荧光分子的发射寿命τ可根据某些实施例表征为1/e强度值，但在某些实施例中也可使用其他度量(例如，1/e2、发射半衰期等)。当用于激发荧光分子的激发脉冲具有小于荧光分子的寿命的持续时间时，判定荧光分子的寿命的准确性得以改良。较佳地，激发脉冲具有比荧光分子的发射寿命小至少三分之一的FWHM持续时间。具有较长持续时间的激发脉冲或具有可感知能量的尾部2-172可在正在评价衰变发射期间继续激发荧光分子，且使荧光分子寿命的分析复杂化。为改良在此等情形中的荧光寿命判定，可使用去卷积(deconvolution)技术来使来自所探测的荧光的激发脉冲量变曲线去卷积。
在某些情形中，使用超短脉冲来激发荧光分子以便减少荧光分子或样本的淬灭可能是较佳的。已发现，荧光分子的延长泵送可使荧光分子随着时间而漂白(bleach)和/或破坏，然而较短持续时间的较高强度(即使对于分子的相同总量的能量)可能不如较低强度下的迁延曝光(prolonged exposure)对荧光分子具有损坏性。减少曝露时间可避免或减少对荧光分子的光致损坏，且增加可以在分析系统1-160中使用荧光分子的时间量或测量次数。
在某些应用中，发明者已发现，激发脉冲快速终止(例如，在自脉冲的峰值开始经过约250ps内)至低于脉冲的峰值功率水平的至少约40dB的功率水平是合意的。某些实施例可容许进行更小量的功率降低，例如，在约250ps内进行介于约20dB与约40dB之间的功率降低。某些实施例可需要在约250ps内进行类似或更高量的功率降低，例如，介于约40dB与约80dB之间(在某些实施例中)或介于约80dB与约120dB之间(在某些实施例中)。在某些实施例中，可能在从泵送脉冲的峰值经过约100ps内需要这种水平的功率降低。
根据某些实施例，脉冲分离间隔T(参见图1-2)也可是脉冲激光器系统的重要方面。举例而言，当使用脉冲激光器来评价和/或区分荧光分子的发射寿命时，激发脉冲之间的时间较佳地长于所检查的荧光物质的任何发射寿命，以便允许足够准确地判定发射寿命。举例而言，后续脉冲不应在自受激发荧光分子或整组荧光分子被前一脉冲激发开始后具有一合理的时间量之前到达以发出荧光。在某些实施例中，间隔T需要足够长以便在终止激发脉冲之后且在下一激发脉冲之前判定用于激发荧光分子的激发脉冲与由该荧光分子发射后续光子之间的时间。
尽管激发脉冲之间的间隔T应足够长以判定荧光物质的衰变性质，但脉冲分离间隔T足够短以便允许在短时间周期中进行诸多量测也是合意的。以非限制性示例来说，在某些应用中使用的荧光分子的发射寿命(1/e值)可处于约100皮秒至约10纳秒的范围内。因此，根据所使用的荧光分子，可使用短至约200ps的脉冲分离间隔，然而针对较长寿命荧光分子，可使用大于约20纳秒的脉冲分离间隔T。因此，根据某些实施例，用于激发荧光以进行荧光寿命分析的激发脉冲可具有介于约25皮秒与约2纳秒之间的FWHM持续时间。
在使用积分(integrated)时域成像阵列以探测荧光并提供寿命分析的数据和视觉显示的一些应用(诸如荧光寿命成像)中，脉冲分离间隔T可不必短于成像系统的帧速率。举例而言，若在单一激发脉冲之后存在充足的荧光信号，则可能不需要成像帧在多个激发脉冲内的信号累积。在某些实施例中，脉冲光源1-110的脉冲重复率Rp可与成像系统的帧速率Rf同步，使得脉冲重复率可慢至约30Hz。在其他实施例中，脉冲重复率可明显地高于帧速率，且影像中的每一像素的荧光衰变信号可以是在多个激发脉冲之后的积分值。
在图2-2A中绘示脉冲光源2-200的示例。根据某些实施例，脉冲光源2-200可包括形成于基板2-208上的商用或定制半导体激光器二极管2-201(或者一或多个LED)。激光器二极管或LED可封装于包含电连接器2-224的外壳2-212中。可存在包含在封装中的一或多个光学组件2-205(例如，一或多个透镜)以将来自激光器或LED的输出光束重新整形和/或改变该输出光束的发散度。激光器二极管2-201(或者一或多个LED)可由脉冲器电路2-210驱动，该脉冲器电路可经由连接电缆2-226及至少一个导线2-220将电流脉冲的序列提供至二极管2-201。来自脉冲器电路2-210的驱动电流可产生一串光脉冲2-222，该串光脉冲自激光器二极管或LED发射。
使用LED的一个优点是其与激光器二极管相比成本较低。另外，LED提供更适合于成像应用的较宽广(通常不相干的)光谱输出(例如，LED可产生较少光学干扰伪像(artifact))。针对激光器二极管，相干辐射可引入光斑，除非采取措施以避免所收集影像中的光斑。此外，LED可将激发波长延伸至紫外线中(例如，小至约240nm)，且可用于激发生物样本中的自发荧光。
根据某些实施例，激光器二极管2-201可包括半导体结，该半导体结包括具有第一导电类型(例如，p型)的第一层2-202及具有相反导电类型的第二层2-206。可存在形成于第一层与第二层之间的一或多个中间层2-204。举例而言，中间层可包括多量子阱(MQW)层，其中自第一层及第二层注入的载流子重新组合以产生光子。在某些实施例中，中间层可包含电子和/或空穴阻挡层。在某些实施方案中，激光器二极管可包括无机材料和/或有机半导体材料。材料可经选择以获得所要的发射波长。举例且针对无机半导体而言，Ⅲ副族氮化物化合物可用于在小于约500nm的波长下发射的激光器，且Ⅲ副族砷化物或Ⅲ副族磷化物化合物可用于在大于约500nm的波长下发射的激光器。可使用任何适合类型的激光器二极管2-201，包含但不限于垂直腔面发射激光器(VCSEL)、边缘发射激光器二极管或板坯耦合光学波导激光器(SCOWL)。
根据某些实施例，可替代激光器二极管而使用一或多个LED。LED可具有低于LD的强度，因此可使用多个LED。由于LED不经历与激光作用(lasing action)相关联的松弛振荡或动态，因此其输出脉冲可以具有较长持续时间且具有比激光器原本出现的光谱带宽宽的光谱带宽。举例而言，输出脉冲可介于约50ps与约2ns之间，且光谱带宽可以是约20nm或更大。在某些实施方案中，来自LED的输出脉冲可介于约100ps与约500ps之间。较长激发脉冲对于具有较长衰变时间的荧光分子是可接受的。另外，LED可产生未偏振或部分偏振的输出光束。在脉冲光源的某些实施方案中，下文所阐述的脉冲器电路的实施例可用于驱动一或多个LED。
发明者已认识到，某些常用激光器二极管系统包括可如在图2-2B中所绘示的模型化的电流驱动器电路。举例而言，电流驱动器2-210可包括配置为将电流脉冲递送至激光器二极管的脉冲电压源2-230。通常透过电缆2-226、适配器或连接器2-224及接合至激光器二极管2-210上的接触垫的单一导线2-220完成至激光器二极管的连接。适配器2-224与激光器二极管之间的连接可包含串联电感L1及串联电阻R1。连接也可包含与接触点和/或二极管结相关联的小的结电容(未展示)。
发明者已认识并了解到，增加接合导线(例如，介于连接器2-224与激光器二极管2-201之间)的数目可能减少连接至激光器二极管2-201的电感和/或电阻。电感和/或电阻的此类减少可达成激光器二极管的较高速度电流调变及较短输出脉冲。根据某些实施例，可用多个平行接合导线替换单一接合导线2-220以改良激光器二极管的速度。举例而言，接合导线的数目可增加至三个或三个以上。在某些实施方案中，可存在多达50个至激光器二极管的接合导线。
发明者已研究增加接合导线2-220的数目对商用激光器二极管的影响。所考虑的实例性商用激光器是现在可自加利福尼亚州赛普里斯(Cypress)的Ushio购得的Oclaro激光器二极管(型号HL63133DG)。在图2-2C中说明了增加接合导线的数目的数值仿真的结果。该仿真将接合导线的数目从商用器件的单一接线(曲线2-250)增加至三个接合导线(曲线2-252)以及增加至36个接合导线(曲线2-254)。针对三种不同情形在频率范围内判定递送至激光器二极管的平均驱动电流(针对固定18V脉冲)。结果指示出更高数目的接合导线允许以更高频率将更多电流递送至激光器二极管。举例而言，在1GHz处，仅使用三个接合导线(曲线2-252)对于使用单一接合导线来说允许将多于四倍以上的电流递送至激光器二极管。由于短及超短脉冲需要较高带宽(用以形成短脉冲的较高频率分量)，因此相比于单一接合导线，添加多个接合导线允许较高频率分量以较短脉冲来驱动激光器二极管。在某些实施方案中，多个接合导线可在激光器二极管上的单一接触垫或多个接触垫与激光器二极管封装上的适配器或连接器2-224之间延伸。连接器可配置为连接至外部标准化电缆(例如，连接至50欧姆BNC或SMA电缆)。
在某些实施例中，接合导线的数目及接合导线配置可经选择以匹配连接至激光器二极管的适配器和/或电缆的阻抗。举例而言，根据某些实施例，接合导线的阻抗可匹配至连接器2-224的阻抗以减少自激光器二极管至电流驱动器的功率反射。在其他实施例中，接合导线的阻抗可选择性地不匹配成在正电流驱动脉冲之间产生负脉冲。选择用于激光器二极管的封装方法(例如，选择自适配器至激光器二极管的接合导线的数目)可改良以较高频率供应至激光器二极管的电流调变。此可使激光器二极管对高速增益切换信号更具响应性，且可达成较短光脉冲、在脉冲峰值之后光功率的较快降低和/或增加的脉冲重复率。
现在参考图2-3，发明者已进一步认识并了解到，将双极脉冲波形2-300应用于激光器二极管可抑制所产生的光脉冲上的不合意的发射尾部2-172(参见图2-1C)。双极脉冲也可用于缩短来自LED的光脉冲。双极脉冲可包括具有第一极性的第一脉冲2-310，紧接着是具有相反极性的第二脉冲2-312。第二脉冲2-312的量值可不同于第一脉冲的量值。在某些实施例中，第二脉冲可具有大约等于或小于第一脉冲2-310的量值。在其他实施例中，第二脉冲2-312可具有大于第一脉冲2-310的量值。
在某些实施例中，第二脉冲的量值可介于约10％的第一脉冲的量值与约90％的第一脉冲的量值之间。在某些实施方案中，第二脉冲的量值可介于约25％的第一脉冲的量值与约90％的第一脉冲的量值之间。在某些情形中，第二脉冲的量值可介于约50％的第一脉冲的量值与约90％的第一脉冲的量值之间。在某些实施例中，第二脉冲中的能量的量可介于约25％的第一脉冲中的能量的量与约90％的第一脉冲中的能量之间。在某些实施方案中，第二脉冲中的能量的量可介于约50％的第一脉冲中的能量的量与约90％的第一脉冲中的能量之间。
第一驱动脉冲可使激光器二极管结正向偏压且藉此在二极管有源区域中产生载流子，该载流子可重新组合以产生光脉冲。极性相反的第二驱动脉冲2-312可使二极管结反向偏压且从有源区域中加速移除载流子以终止光子产生。当对第二电脉冲2-312定时以在与第二松弛振荡脉冲(参见图2-1B的脉冲2-162)大约相同的时间处发生或就在第二松弛振荡脉冲之前(例如，在约200ps内)发生时，原本将产生第二光脉冲的载流子浓度被削弱，使得发射尾部2-172被抑制。
可使用各种电路配置来产生双极脉冲波形。图2-4A仅绘示了可用于驱动具有双极脉冲波形的激光器二极管或者一或多个LED的电路的一个示例。在某些实施例中，传输线2-410(例如，条带线或同轴导体组件)可配置在脉冲器电路2-400中以将双极脉冲递送至半导体激光器二极管2-420或至少一个LED。传输线2-410可以以U形配置形成且透过充电电阻器Rch藉由DC电压源VDD在第一导体上加偏压。根据某些实施例，传输线可具有大致匹配激光器二极管的阻抗的阻抗。在某些实施例中，传输线的阻抗可以是大约50欧姆。在某些实施方案中，传输线的阻抗可介于大约20欧姆与大约100欧姆之间。在某些实施方案中，传输线的阻抗可介于大约1欧姆与大约20欧姆之间。
脉冲器2-400可进一步包含端接电阻器Zterm，该端接电阻器连接于处于传输线的一端的传输线的第二导体与参考电势(例如，在所绘示实例中为接地)之间。传输线的第二导体的另一端可连接至激光器二极管2-420。传输线的第一导体的端部可连接至转换器M1(例如，场效应晶体管或双极面结晶体管)，该转换器可经启动以将第一导体的端部周期性地分流至参考电势(例如，接地)。
在某些实例中，端接阻抗Zterm大约可以等于传输线2-410的阻抗以便减少返回到线中的反射。或者，端接阻抗Zterm可以小于线的阻抗以便将负脉冲反射至线中(在藉由转换器M1的分流之后)且反射至激光器二极管2-420。在某些实施方案中，端接阻抗Zterm可包含经选择以控制所反射的负脉冲的形状的电容和/或电感组件。如在图2-4A中所绘示的传输线脉冲器可用于产生具有在介于约30Hz至约200MHz之间的范围内的重复率的电双极脉冲。根据某些实施例，用于传输线脉冲器的传输线2-410可形成于印刷电路板(PCB)上，如在图2-5A中所绘示。
图2-4B绘示连接至光学半导体二极管2-423(例如，激光器二极管或者一或多个LED)的驱动器电路2-401的实施例，该驱动器电路可使用分立组件形成，且可被集成在基板(诸如一芯片或PCB)上。在某些实施例中，该电路可集成至与激光器二极管或LED 2-423相同的基板上。激光器驱动器电路2-401可包括连接至晶体管M1的栅极或基极的控制输入端2-405。晶体管可以是CMOS FET、双极面结晶体管或高电子迁移率晶体管(诸如GaN pHEMT)，但也可使用其他高速、高电流处理晶体管(handling transistor)。晶体管可连接于电流源2-430与参考电势(例如，接地电势，但也可使用其他参考电势值)之间。晶体管M1可与激光器二极管2-423(或者一或多个LED)及电阻器R1(其与激光器二极管串联连接)并联连接于电流源2-430与参考电势之间。根据某些实施例，驱动器电路2-401可进一步包含与电阻器R1并联连接于激光器二极管与参考电势之间的电容器C1。尽管阐述了晶体管M1，但也可使用具有高导电及低导电状态的任何适合的可控转换器。
在操作中，驱动器电路2-401可提供电流，当晶体管M1接通或处于一导通状态中时，该电流绕过激光器二极管2-423。因此，不存在来自激光器二极管的光输出。当晶体管M1关闭时，可能由于晶体管处增加的电阻路径而导致电流流过激光器二极管。电流接通激光器二极管，直至晶体管被再次打开为止。可藉由在接通与关断状态之间调变晶体管的控制栅极以将电流脉冲提供至激光器二极管而产生光脉冲。与某些脉冲产生技术相比，此方法可减少用以驱动激光器所需要的供应器上的电压及晶体管上的电压的量，这是用于实施此类高速电路的重要方面。
由于存在电阻器R1及并联电容器C1，电荷将在二极管正向导通时累加于电容器上。这可以在晶体管M1处于“关断”状态(例如，低导通或不导通状态)中时发生。当晶体管被接通时，电容器间储存的电压将使激光器二极管反向偏压。反向偏压有效地产生跨越激光器二极管的负脉冲，这可以减少或消除原本将在无负脉冲的情况下发生的发射尾部2-172。可选择电阻器R1的值，使得电容器基本上所有的电荷将在转换器随后被断开和/或由激光器二极管产生后续光脉冲之前被释放。举例而言，时间常数t1＝R1C1可被工程设计为小于脉冲重复间隔T的约一半或三分之一。在某些实施方案中，时间常数t1＝R1C1可介于大约0.2ns与大约10ns之间。
在某些实施方案中，晶体管M1可配置为在来自激光器二极管的输出光脉冲的第一峰值之后切换至导通状态。举例而言且参考图2-1B，光学探测及逻辑电路可感测第一脉冲2-161的衰变强度且触发晶体管M1以切换至导通状态。在某些实施例中，晶体管M1可经触发以基于稳定的时钟信号切换至导通状态(例如，参考同步时钟边缘而触发)。在某些实施方案中，晶体管M1可经触发以根据自晶体管M1切换至非导通状态时开始量测的预定延迟时间而切换至导通状态。在选定时间处将晶体管M1切换至导通状态可减少在峰值光脉冲之后不久的激光器功率、缩短激光脉冲和/或减少脉冲的尾部发射。
尽管在图2-4B中所展示的驱动电路展示了位于激光器的阳极侧上的电流源2-430，但在某些实施例中，电流源也可以可替代地或另外位于激光器的阴极侧上(例如，连接于晶体管M1、电阻器R1及参考电势(诸如接地)之间)。
用于产生超短脉冲的驱动电路的其他实施例是可能的。举例而言，激光器二极管或LED的电流脉冲驱动电路2-402可包括连接至激光器二极管节点的多个电流驱动分支，如在图2-4C中所绘示。驱动器电路2-402可使用分立或集成组件形成且集成至基板(例如，ASIC芯片或PCB)上。在某些实施例中，驱动器电路可集成至与一或多个光学半导体二极管2-425(例如，激光器二极管或者一或多个发光二极管)相同的基板上。尽管附图将驱动器电路绘示为连接至激光器二极管2-425的阳极，但在某些实施例中，类似的驱动电路可以可替代地或另外连接至激光器二极管的阴极。与用于激光器二极管的阳极侧上的晶体管及电压源相比，连接至激光器二极管的阴极侧的驱动电路可采用相反类型的晶体管及具有相反极性的电压源。
根据某些实施方案，可存在配置为将N个正向偏压电流脉冲施加至激光器二极管2-425或LED的N个电路分支(例如，电路分支2-432、2-434、2-436)及配置为将M个反向偏压电流脉冲施加至激光器二极管的M个电路分支(例如，电路分支2-438)。在图2-4C中，N＝3且M＝1，但也可使用其他值。每一正向偏压电流分支可包括配置为将正向偏压电流递送至激光器二极管的电压源Vi。每一反向偏压电流分支可包括配置为将反向偏压电流递送至激光器二极管的电压源Vj。每一电路分支可进一步包含与转换器或晶体管Mi串联连接的电阻器Ri。每一电路分支可包含电容器Ci，该电容器的一侧连接至晶体管Mi与电阻器Ri之间的节点，且其另一侧连接至固定的参考电势。在某些实施例中，电容Ci可以是与晶体管Mi相关联的结电容(例如，源极至基体电容(source-to-body capacitance))，且可以不设置单独分立的电容器。在某些实施方案中，可包含与二极管2-425串联的至少一个额外电阻器以限制自电路分支递送的总电流的量。
在操作中，定时和脉冲控制信号可施加至转换器或晶体管Mi的控制输入端Si，以便从每个电路分支中产生电流脉冲序列，该电流脉冲序列经加总并跨越激光器二极管结来施加。每一分支中的分量(Vi、Vj、Ri、Ci)的值以及施加至控制输入端Si的控制脉冲的时序及脉冲持续时间可独立地选择以产生施加于激光器二极管2-425的合意的双极电流脉冲波形。仅作为一个示例，V1、V2及V3的值可选择成具有不同的值。R1、R2及R3的值可以是相同的，且C1、C2及C3的值可以是相同的。在此示例中，至控制输入端Si的脉冲信号的交错(staggering)可产生来自正向偏压电路分支的重叠的电流脉冲的交错序列，此重叠的电流脉冲的交错序列具有类似的脉冲持续时间，但具有不同的脉冲振幅。来自反向偏压电路分支的定时脉冲可产生可以淬灭或快速地关断正向偏压脉冲的具有相反极性的电流脉冲，且可进一步产生可抑制来自激光器二极管的尾部发射的反向偏压脉冲。可以仔细地对反向偏压脉冲进行定时，使得其与正向偏压脉冲中的一或多个至少部分地在时间上重叠。因此，在图2-4C中所绘示的电路可用于合成如在图2-3中所绘示的双极电流脉冲。
图2-4D绘示脉冲驱动器2-403的另一实施例，该脉冲驱动器可使用射频(RF)组件制造。根据某些实施例，RF组件可设计成处置介于约50MHz与约1GHz之间的频率下的信号。在某些实施方案中，脉冲驱动器2-403可包括输入DC区块2-435，该输入DC区块将输入波形(例如，方形波或正弦波)AC耦接至驱动器。该DC区块之后可以接着放大器2-440，该放大器产生分别沿着单独的电路路径2-440a、2-440b继续进行的非反相及反相输出波形。第一电路路径2-440a可包含一或多个适配器2-442。可变移相器2-445可包含于第二电路路径2-440b中以使第二路径中的信号相对于第一路径中的信号选择性地相移。
第一电路路径及第二电路路径可连接至RF逻辑门2-450(例如，AND门或其他逻辑门)的非反相输入端。可用适合的经阻抗匹配的端接器2-446来端接逻辑门2-450的反相输入端以避免该门处的虚功率反射。逻辑门2-450的非反相输出端及反相输出端可沿着两个电路路径2-450a、2-450b连接至合路器2-460。反相电路路径2-450b可包含延迟组件2-454及衰减器2-456，该延迟组件及该衰减器中的任意一者或两者可以是可调整的。延迟组件可用于使反相信号相对于非反相信号延迟，且衰减器可用于调整反相信号的振幅。
来自逻辑门的所得反相信号及非反相信号然后可以在合路器2-460处加总。引自合路器2-460的输出端可连接至RF放大器2-470，该RF放大器提供输出双极脉冲以驱动激光器二极管或者一或多个LED。输出双极脉冲可具有如在图2-4E中所绘示的波形。
在操作中，输入方形波或正弦波可经AC耦合至驱动器中且作为非反相版本及反相版本而被分压至两个电路路径2-440a、2-440b中。根据某些实施例，第一放大器2-440可以是限幅放大器(limiting amplifier)，其使正弦波形成方形。在第二电路路径2-440b中，可用可调整移相器2-445来使反相波形相移以使反相波形相对于非反相波形在时间上延迟。从第一放大器2-440所得的波形然后可以由RF逻辑门2-450(例如，AND门)处理以在逻辑门的非反相输出端及反相输出端处产生短RF脉冲。根据某些实施例，可使用移相器2-445来调整短RF脉冲的持续时间。举例而言，移相器可调整时间周期，在该时间周期期间，在至逻辑AND门2-450的输入端处的非反相波形及反相波形两者同时处于“接通”状态中，这将判定输出脉冲的长度。
参考图2-4E，来自逻辑门2-450的短反相脉冲2-417可藉由延迟组件2-454而相对于非反相脉冲2-415延迟一量δ且在与非反相脉冲合路之前藉由衰减器2-456衰减至所要振幅。在某些实施例中，负脉冲量值|Vp-|可小于正脉冲振幅Vp+。脉冲分离间隔T可藉由至脉冲驱动器2-403中的正弦波或方形波输入的频率来判定。输出脉冲波形可以包含或可以不包含DC偏移。尽管输出波形绘示为具有方形形状波形，但RF组件和/或电缆布线(cabling)中的电容及电感可产生具有更像圆形波形的输出脉冲(更像在图2-3中所绘示的波形)。
如较早结合图2-4C及图2-4B所提及的，在某些实施例中，将电流或电压施加至激光器二极管或LED可以是施加至二极管的阳极及阴极两者。在图2-4F中绘示了射频脉冲驱动器电路2-404可将分压或差分电压或电流脉冲施加至二极管的阴极及阳极两者。根据某些实施例，该电路的前端可以类似于在图2-4D中所绘示的脉冲驱动器电路2-403的前端。然而，在脉冲驱动器电路2-404中，来自逻辑门2-450的非反相及反相输出可不经合路，反而作为差分驱动而施加至激光器二极管的阳极及阴极。为简化起见，在图2-4F中未展示与产生后续负脉冲或反向偏压脉冲相关联的电路。
在图2-4G中绘示由差分脉冲驱动器电路2-404产生的分压或差分驱动的示例。来自逻辑门2-450的第一输出端可产生具有振幅+Vp的正脉冲2-416，且来自逻辑门2-450的第二反相输出端可产生具有相反振幅-Vp的负脉冲2-418。在某些实施例中，脉冲串可以或可以不具有小的DC偏移。正脉冲2-416及负脉冲2-418的存在会产生跨越激光器二极管的具有有效振幅2Vp的正向偏压脉冲。藉由对跨越激光器二极管的偏压进行分压且将部分偏压施加至阳极及阴极，脉冲驱动器2-404处置的电压脉冲的振幅可有效地减少至二分之一。因此，与原本可能对较高振幅脉冲所可能实现的情况相比，脉冲驱动器2-404可以以更高频率操作且产生更短脉冲。或者，与仅将偏压脉冲+Vp提供至激光器二极管的阳极的驱动电路相比，脉冲驱动器电路2-404可有效地使跨越激光器二极管所施加的驱动脉冲的振幅加倍。在此等实施例中，来自激光器二极管的功率输出可能增加。
在图2-4H中绘示了可增加施加至激光器二极管的功率和/或驱动速度的另一方式。根据某些实施例，多个脉冲驱动器输出2-470可连接至激光器二极管2-425或LED的阳极。在此实例中，四个脉冲驱动器连接至激光器二极管的阳极。在使用差分脉冲驱动器电路的某些实施例中，也可存在连接至激光器二极管的阴极的多个驱动器。每一驱动器及其相关联的电缆布线可具有阻抗Z0，且激光器二极管2-425可以作为阻抗ZL。由于它们并联连接，因此驱动器的输出阻抗要除以连接至激光器二极管的驱动器的数目。当脉冲驱动器的合路阻抗大致匹配激光器二极管2-425的阻抗时，递送至二极管中的功率可能增加，或反之亦然。
图2-4I中的图说明了针对四个驱动源，耦合至激光器二极管2-425中的功率效率的增加随激光器二极管的阻抗及激光器二极管电路而变。在示例中，四个脉冲驱动器各自具有约50欧姆的线路阻抗(line impedance)且它们被配置为递送具有大约100mA的最大电流的5V振幅的输出脉冲。标绘图展示当激光器二极管的阻抗处于大约10欧姆时，耦合至激光器二极管中的功率达到最大值。此值大约等于四个脉冲驱动器输出2-470的并联输出阻抗。因此，根据某些实施例，激光器二极管2-425的阻抗及其相关联电路可以设计为大致匹配用于驱动激光器二极管的一或多个脉冲驱动器的合路阻抗。
可使用其他电路驱动器配置来施加脉冲于激光器二极管或发光二极管。根据某些实施例，注入至发光二极管中的电流可经施加脉冲以使用脉冲器电路产生亚纳秒脉冲，该脉冲器电路阐述于由P.H.Binh等人著作的“具有高重复率和峰值功率的简化亚纳秒紫外线光脉冲发生器(A simple sub-nanosecond ultraviolet light pulse generator withhigh repetition rate and peak power)”(Rev.Sci.Instr.84卷，083102(2013))中，或阐述于由T.Araki等人著作的“使用用于检测光电探测器的发光二极管的紫外线纳秒光脉冲发生器(An ultraviolet nanosecond light pulse generator using a light emittingdiode for test of photodetectors)”(Rev.Sci.Instr.68卷，1365(1997))中。
在图2-4J中绘示脉冲器电路的另一实例。根据某些实施例，脉冲器电路可包括脉冲发生器2-480，该脉冲发生器可(举例而言)从系统时钟接收一或多个时钟信号且将一串电脉冲输出至驱动器电路2-490，该驱动器电路响应于从脉冲发生器所接收的电脉冲而将电流脉冲注入至激光器二极管或发光二极管中。因此，输出光脉冲可与系统时钟同步。系统时钟也可用于操作探测电子器件(例如，成像阵列)。
根据某些实施例，脉冲发生器2-480可由被动(passive)电子组件与数字电子组件的组合形成，且可形成于第一电路板上。在某些情形中，脉冲发生器可包含模拟电路组件。在其他实施例中，脉冲发生器的一部分可与驱动器电路2-490形成于相同板上，且脉冲发生器的一部分可形成于远离驱动器电路的单独板上。驱动器电路2-490可由被动、模拟电子组件及数字电子组件形成，且可与脉冲发生器或脉冲发生器的一部分形成于相同或不同的电路板上。光源(激光器二极管或发光二极管)可与驱动器电路一起包含于电路板上，或可位于系统中且藉由高速电缆布线(例如，SMA电缆)连接至驱动器电路2-490。在某些实施方案中，脉冲发生器2-480及驱动器电路2-490可包含发射极耦合逻辑组件(emitter-coupledlogic element)。根据某些实施例，脉冲发生器2-480、驱动器电路2-490及光学半导体二极管2-423可集成至相同印刷电路板、层压板或集成电路上。
在图2-4K中绘示了脉冲发生器2-480的示例。在某些实施方案中，脉冲发生器可包含第一级，该级产生两个差分时钟输出(一个时钟输出相对于另一时钟输出是延迟)。该第一级可以接收时钟输入且包含扇出2-481及延迟2-483。扇出可包括布置为产生时钟信号的两个复本及时钟信号的两个反相复本的逻辑驱动器及逻辑反相器。根据某些实施例，时钟可具有对称占空比，但在其他实施例中也可使用不对称的占空比。一个复本及一个反相复本可形成差分时钟输出(CK1、)且可藉由延迟组件2-483而相对于第二复本及第二经相复本(CK2、)延迟。延迟组件可包括任何适合的可变或固定延迟组件。延迟组件的示例包含RF延迟线及逻辑门延迟。在某些实施方案中，第一对时钟信号(CK1、)相对于第二对时钟信号(CK2、)至少延迟时钟周期的一部分(fraction)。除一部分循环之外，延迟可包含一或多个全周期。在每一对时钟信号内，反相信号可与其对应者同步，使得时钟的上升边缘与下降边缘基本上同时发生。
发明者已发现，可藉由调整来自脉冲发生器2-480的电流驱动脉冲的长度并维持固定振幅(而非调整超短电流驱动脉冲的振幅)而较可靠地控制激光器二极管或LED的超短脉冲产生。调整电流驱动脉冲的长度会调整每个脉冲递送至激光器二极管的能量的量。在某些实施例中，高速电路允许对信号相位进行高分辨率控制(例如，藉由运用模拟或数字延迟组件2-483来调整延迟或相位)，此可(根据某些实施方案)用于获得脉冲长度的高分辨率控制。
在某些情形中，脉冲发生器2-480的第一级可包括双输出时钟以替代扇出2-481及延迟2-483。双输出时钟可产生两个差分时钟信号，且提供两个差分时钟信号之间的可调整相位延迟。在某些实施方案中，可调整相位延迟可具有小至3ps的相应时间分辨率。
不管延迟时钟信号CK1、CK2及其逆信号如何产生，该等信号皆可经由高速传输线传输至高速逻辑门2-485。针对经由板之间的电缆进行的信号传输，时钟脉冲可能由于电缆布线而劣化。举例而言，传输线的有限带宽可使时钟脉冲发生不同失真且引起不相等的时序。在某些实施方案中，相同类型的电缆布线或传输线可用于所有时钟信号，使得传输失真同样地影响四个时钟信号。举例而言，当信号失真及时序偏移对于四个频率信号而言基本上相同时，由接收逻辑门2-485产生的所得驱动脉冲将基本上相同，就像是不存在来自时钟信号的传输的信号失真的情况下一样。因此，可在不影响驱动脉冲持续时间的情况下容许在数英尺距离内传输时钟信号。此对于产生与系统时钟同步且具有可精细调整脉冲持续时间(例如，可以进行约3ps的增量调整)的超短驱动脉冲是有用的。若在局部产生时钟信号(例如，在与驱动器电路2-490相同的板上)，则与时钟信号的传输相关联的信号失真可能不显著且传输线可以在某种程度上不同。
根据某些实施例，时钟信号可与电容器C1AC耦合且被提供至高速逻辑门2-485的数据输入端。电容器C1可具有介于约10nF与约1μF之间的电容。根据某些实施例，逻辑门可包括发射极耦合逻辑(ECL)、双输入差分AND/NAND门。逻辑门2-485的示例包含可自罗得岛州东格林威治(East Greenwich)的ON Semiconductor购得的型号MC100EP05。在至逻辑门的数据输入端处的AC耦合信号可显现为类似于在图2-4L中所绘示的信号，其中水平虚线指示零电压电平。图2-4L中的绘示不包含藉由传输线引入的失真。该失真可将信号量变曲线的形状修圆且更改其形状，但当相同类型及长度的电缆布线用于每个时钟信号时可不影响该时钟信号的相对相位。延迟组件2-483可提供由垂直虚线指示的延迟Δt，该延迟可以进行小至3ps的增量调整。在某些实施方案中，延迟组件2-483可提供具有介于1ps与10ps之间的值的增量的可调整延迟。逻辑门2-485可处理所接收的时钟信号且在输出端口Q处产生输出信号，该输出信号对应于藉由延迟组件2-483引入的延迟。在小的延迟的情况下，输出包括短或超短脉冲的序列。运用高速逻辑门2-485，脉冲持续时间可在某些实施例中介于约50ps与约2ns(FWHM)之间，在某些实施例中介于约50ps与约0.5ns之间，在某些实施例中介于约50ps与约200ps之间，且在某些实施例中也介于约50ps与约100ps之间。来自端口Q的驱动脉冲可由于ECL逻辑门2-485的高速转换速率(slew rate)而具有大致上是方形的量变曲线。偏压电路2-487可连接至输出端口Q，且电压V1施加以用于正发射极耦合逻辑。根据某些实施例，自脉冲发生器2-480的输出端子Pout提供的输出脉冲可包含DC偏移。
在某些实施方案中，两个或两个以上高速逻辑门2-485可并联连接于电容器C1与偏压电路2-487之间。该等逻辑门可以是相同的，且并行操作以在脉冲发生器的输出端处提供较大的电流驱动能力。发明者已认识并了解到，一或若干逻辑门2-485需要提供高速切换(即，快速的上升及下降时间以产生超短驱动脉冲)，且需要提供足够的输出电流以驱动驱动器电路2-490中的高电流晶体管M1。在某些实施方案中，将逻辑门2-485并联连接提供了脉冲器电路的改良性能且允许产生亚100ps光脉冲。
图2-4M绘示可连接至激光器二极管或LED 2-423的驱动器电路2-490的实施例。驱动器电路可包含AC耦合输入端，该AC耦合输入端具有与电阻器R3串联的电容器C2，该电阻器R3连接至高速晶体管M1的栅极。根据某些实施例，C2的电容可介于大约0.1μF与大约10μF之间，且R3可具有介于大约10欧姆与大约100欧姆之间的值。根据某些实施例，晶体管M1可包括高电子迁移率场效应晶体管(HEMT FET)，该高电子迁移率场效应晶体管能够切换高电流(例如，至少一安培且在某些情形中最高达四安培或更多)。晶体管M1可以是能够以数千兆赫的速度切换此等大电流的高速晶体管。根据某些实施例，晶体管M1可以持续介于约50ps与约2ns之间的电脉冲持续时间以介于30Hz与大约200MHz之间的重复率来切换1安培以上。晶体管M1的示例包含可自加利福尼亚州圣何塞市(San Jose)的Avago Technologies购得的型号ATF-50189-BLK。偏压及滤波电路组件(例如，电阻器R4、R7及C3)可连接于电容器C2与晶体管M1的栅极之间。晶体管M1的漏极可直接连接至激光器二极管或发光二极管2-423的阴极，且晶体管M1的源极可连接至参考电势(例如，接地)。二极管2-423的阳极可连接至二极管电压源VLD。电阻器R6及电容器C4可跨越二极管2-423并联连接。根据某些实施例，电阻器R6可具有介于大约50欧姆与大约200欧姆之间的值，且C4可具有介于大约5pF与大约50pF之间的电容。电容器C5(具有介于大约1μF与大约5μF之间的值)也可连接于二极管电压源VLD与参考电势(例如，接地)之间，且与二极管2-423及晶体管M1并联。
在某些实施例中，保护二极管(未展示)可跨越激光器二极管2-423的阴极及阳极沿反向方向连接。保护二极管可保护激光器二极管免受可以击穿激光器二极管结的过度的反向偏压电势。
在操作中，来自脉冲发生器2-480的脉冲短暂地接通晶体管M1，从而允许将电流注入至激光器二极管或发光二极管2-423的有源区域中。在某些实施方案中，大量正向电流(例如，最高达四安培)短暂地流过晶体管M1。正向电流将载流子注入至激光器二极管结中且产生短或超短光辐射脉冲。当晶体管M1关断时，寄生电感继续进行跨越发光二极管或激光器二极管的电流流动，从而在二极管的阴极侧上累加电荷，直至电荷被与激光器二极管并联连接的RC网络耗散为止。电荷于阴极处的此暂时性累加将反向偏压脉冲提供至激光器二极管，且加速载流子自有源区域的移除。这样加速了光脉冲的终止。
发明者已发现，图2-4M的实施例所述的光脉冲技术优于基于微分方形波脉冲的脉冲技术，因为其可提供接通激光器二极管所需的更高且更短的电流脉冲。
发明者已装配各种脉冲驱动电路且已使用其来驱动激光器二极管。图2-5A绘示已装配的脉冲器电路2-500的另一实施例。此实施例实现了如在图2-4A中所绘示的脉冲器2-400。在已装配的电路中，传输线2-410作为以一U形配置图案化的平行板带状线而形成于印刷电路板上，如在图中所绘示。GaN pHEMT晶体管用作分流转换器M1以使U形传输线的两端短路。脉冲器电路2-500可以以最高达100MHz的重复率操作且用于驱动50欧姆的负载。在某些实施例中，脉冲器电路可以以介于大约10MHz与大约1GHz之间的重复率来操作。
在图2-5B中绘示来自脉冲器2-500的测量波形。该波形展示具有大约19.5V的振幅的正脉冲，后续接着达到大约-5V的振幅的负脉冲(在正脉冲之后)。正脉冲的持续时间是大约1.5纳秒。再次参考图2-4A，脉冲器2-500经构造以具有大约50欧姆的端接电阻器Zterm及大约200欧姆的上拉(pull-up)或充电电阻器Rch。Zterm的值经挑选以减少从端接电阻返回至传输线中的功率反射。施加至传输线2-410的偏压是100V，且转换器M1是以100MHz的重复率驱动。大约-1.3V的DC偏压经由偏置器(bias tee)耦合至二极管，以调谐0V偏压的相对偏移。用于转换器M1的驱动脉冲是在大约0V与大约2V之间振荡的方形波信号。
商用测试台驱动器(commercial test-bed driver)用于驱动商用激光器二极管(Ushio型号HL63133DG)以产生亚100ps光脉冲。在图2-5C及图2-5D中展示光脉冲测量。如在图2-5C中所展示，具有减少的尾部发射的脉冲是以100MHz的重复率产生。来自激光器二极管的平均功率测量为约8.3毫瓦特。在图2-5D中所展示的脉冲持续时间测量为大约84皮秒。已发现，来自激光器二极管的光发射的强度在脉冲的峰值之后的大约250ps被减少大约24.3dB。即使激光器二极管具有至该二极管的单一接合导线，也产生亚100ps脉冲。可运用多个接合导线或利用对脉冲器电路的进一步改良而产生更短脉冲(例如，介于约25ps与约75ps之间)。
图2-6A根据上述增益切换设备及技术中的任意一个绘示半导体激光器2-600的一个示例，该半导体激光器可用于藉由增益切换产生光脉冲。激光器及脉冲驱动电路可以被量产且以低成本制造。举例而言，激光器可使用平面集成电路技术而微制造为边缘发射装置。此激光器可被称为板坯耦合光学波导激光器(SCOWL)。附图绘示正对着的激光器的正视图。激光器可由GaAs/AlGaAs材料系统形成(例如，用于发射光学光谱的绿色、红色或红外线区域中的辐射)，但在某些实施方案中也可使用其他材料系统(诸如GaN/AlGaN)(例如，用于发射光谱的绿色、蓝色或紫外线区域中的辐射)。激光器二极管可由其他半导体材料系统制成，该等半导体材料系统包含但不限于：InP、AlInGaP、InGaP及InGaN。
根据某些实施例，SCOWL可形成于n型基板或缓冲层2-627(例如，包括Al的GaAs基板或GaAs层)上。举例而言，缓冲层可包括AlxGa1-xAs，其中x介于大约0.25与大约0.30之间。根据某些实施例，基板或基底层的折射率可具有介于约3.4与3.5之间的第一值n1。低掺杂n型半导体材料的电子传输层2-617可形成于基板2-627上。在某些实施例中，电子传输层2-617可藉由外延生长(epitaxial growth)而形成，以便包括AlxGa1-xAs(其中x介于大约0.20与大约0.25之间)且具有大约5×1016cm-3的n型掺杂剂浓度。电子传输层的厚度h可介于约1微米与约2微米之间。传输层2-617可具有大于n1的第二折射率值n2。多量子阱区域2-620然后可以形成于电子传输层2-617上。该多量子阱区域可包括具有不同掺杂浓度的交替的材料层(例如，AlGaAs/GaAs的交替层)，不同掺杂浓度用于调变MQW区域中的能带间隙。可藉由外延生长、原子层沉积或适合的气象沉积工艺而沉积量子阱区域2-620中的各层(其可具有介于大约20nm与大约200nm之间的厚度)。多量子阱区域可具有大于n2的有效第三折射率值n3。p型掺杂材料的空穴传输层2-615可毗邻量子阱区域形成，且具有小于n2的折射率值n4。在某些实施例中，SCOWL的不同区域的折射率值可根据某些实施例在图2-6B中说明。在某些实施例中，SCOWL可包括GaN半导体及其合金或InP半导体及其合金。
术语“毗邻”可以指彼此紧邻近地布置两个组件(例如，在小于两个组件中的较大者的横向或垂直尺寸的约五分之一的距离内)。在某些情形中，在毗邻组件之间可存在介入结构或介入层。在某些情形中，毗邻组件可不具有介入结构或组件而彼此紧邻。
在沉积了激光器装置的各层之后，沟槽2-607可经蚀刻至各层中以形成激光器的有源区域，该有源区域具有介于约0.25微米与约1.5微米之间的宽度w。n接触点2-630可形成于装置的第一表面上，且p接触点2-610可毗邻有源区域而形成于p型传输层2-615上。根据某些实施例，可用氧化物层或其他电绝缘层而使半导体层的曝露表面钝化。
毗邻有源区域的沟槽2-607以及折射率值n1、n2、n3及n4将激光器的光学模式局限至激发区域2-625，该激发区域毗邻于量子阱且在装置中心肋部下边，如在附图中所绘示。SCOWL可设计为将高阶横向模式(其可以其他方式在激发区域2-625中形成并产生激光)耦合至毗邻区域中有损的高阶板坯模式。当适当的进行设计时，来自激发区域2-625的所有高阶横向模式与该激发区域中的基本模式相比皆具有高相对损耗且将不产生激光。在某些实施方案中，SCOWL 2-600的横向光学模式可以是单一横向模式。光学模式的宽度可介于大约0.5微米与大约6微米之间。根据某些实施例，沿x方向截取的模式量变曲线2-622可如在图2-6B中所绘示地进行整形。在其他实施方案中，SCOWL可产生多个光学横向模式以照射相关区域。在某些实施例中，有源区域的长度(沿着进入页面的维度)可介于20微米与10mm之间。可藉由选择较长长度的有源区域而增加SCOWL的输出功率。在某些实施例中，SCOWL可递送300mW以上的平均输出功率。
尽管半导体激光器(例如，SCOWL)及脉冲器电路可进行组合以制造成适合于诸多应用的低成本、超快脉冲激光器，但在图2-5D中所展示的关断速率可能不适合于某些荧光寿命分析。在某些情形中，可能需要较快速关断。举例而言，发明者已发现，基于荧光寿命的某些测量可能需要脉冲的尾部在脉冲峰值之后的250ps内消退至低于脉冲峰值达大约25dB与大约40dB之间的程度。在某些情形中，脉冲功率可能需要在脉冲峰值之后的100ps内下降至此值范围。在某些实施方案中，脉冲尾部可能需要在脉冲峰值之后的250ps内下降至低于脉冲峰值达大约40dB与大约80dB之间的程度。在某些实施方案中，脉冲尾部可能需要在脉冲峰值之后的250ps内下降至低于脉冲峰值达大约80dB与大约120dB之间的程度。
用于进一步抑制脉冲的发射尾部的一种方法是在脉冲激光器或高亮度LED系统中包含可饱和吸收器。根据某些实施例，半导体可饱和吸收器2-665可并入至与半导体激光器2-600或高亮度LED相同的基板上，如在图2-6C中所绘示。根据某些实施例，半导体激光器可包括包含量子阱区域2-620的SCOWL结构。可用脉冲源2-670(诸如脉冲器电路2-400或上文所阐述的其他脉冲电路)来驱动SCOWL。
可饱和吸收器2-665可毗邻于SCOWL的一端而形成。可饱和吸收器2-665可包括具有带隙的区域，该区域定制成从半导体激光器中吸收光子。举例而言，可饱和吸收器可包括单量子阱或多量子阱，这(些)量子阱具有大约等于激光器的光发射的特征能量的至少一个能带间隙。在某些实施例中，可藉由将离子注入二极管激光器的区域而形成可饱和吸收器，以便电绝缘二极管激光器腔内的该区域。对于相同激光器二极管结构，可将负偏压施加至该区域来促进吸收而非增益。在来自激光器2-600的高通量处，可饱和吸收器的价带可使载流子耗尽且导带可以填满，从而阻碍可饱和吸收器的进一步吸收。因此，可饱和吸收器漂白，且从激光器吸收的辐射的量减少。以此方式，激光脉冲的峰值可以“穿透”可饱和吸收器，其强度的衰减比脉冲的尾部或翼部小。脉冲的尾部然后可以相对于脉冲的峰值被进一步抑制。
根据某些实施例，高反射器(未展示)可形成于或位于装置的一端。举例而言，该高反射器可位于距可饱和吸收器最远的激光器的一端，以便重新引导激光器发射穿过可饱和吸收器且增加输出功率。根据某些实施例，抗反射涂层可以施加至可饱和吸收器和/或SCOWL的一端以增加来自装置的提取。
根据某些实施例，可饱和吸收器可包含偏压供应器2-660。该偏压供应器可用于在每一脉冲之后将载流子扫掠出有源区域且改良可饱和吸收器的响应。在某些实施例中，偏压可经调变(例如，以脉冲重复率)以使可饱和恢复时间是时变的(time-dependent)。此调变可进一步改良脉冲特性。举例而言，若可饱和吸收器的恢复时间是充分的，则可饱和吸收器可藉由在低强度下的差分较高吸收而抑制脉冲尾部。此差分吸收也可减小脉冲长度。可藉由向可饱和吸收器施加或增加反向偏压而调整可饱和吸收器的恢复时间。
Ⅲ.系统时序及同步
再次参考图1-1，不管用于产生短或超短脉冲的方法及设备为何，系统1-100皆可包含配置为使分析系统1-160的至少某些电子操作(例如，数据获取及信号处理)与来自光源的光脉冲的重复率同步的电路。存在至少两种方式用以使脉冲重复率与分析系统1-160上的电子器件同步。根据第一技术，主控时钟可用作定时源以触发脉冲光源及仪器电子器件两者处的脉冲的生成。在第二技术中，定时信号可来源于脉冲光源且用于触发仪器电子器件。
图3-1绘示系统，在该系统中时钟3-110将同步频率fsync下的定时信号提供至脉冲光源1-110(例如，增益切换脉冲激光器或脉冲LED)及分析系统1-160两者，该分析系统可配置为探测并处理由每一激发脉冲1-120与生物物质、化学物质或其他物理物质之间的相互作用引起的信号。仅作为一个示例，每一激发脉冲可激发生物样本的一或多个荧光分子，该一或多个荧光分子用于分析生物样本的性质(例如，癌性或非癌性、病毒感染或细菌感染、血糖水平)。举例而言，非癌细胞可展现出具有第一值τ1的特征荧光寿命，而癌细胞可展现出具有第二值τ2的寿命，该第二值不同于第一寿命值且可与该第一寿命值区分开。作为另一示例，自血液样本探测的荧光寿命可具有取决于血糖水平的寿命值和/或强度值(相对于另一稳定标记)。在每一脉冲或数个脉冲的序列之后，分析系统1-160可探测并处理荧光信号以判定样本的性质。在某些实施例中，分析系统可产生激发脉冲探测的面积的影像，该影像包括该面积的二维或三维映图(map)，用于指示所成像面积内的区域的一或多个性质。
不管所进行的分析的类型为何，探测并处理分析系统1-160上的电子器件可能需要与每一光激发脉冲的到达进行仔细地同步。举例而言，当评价荧光寿命时，准确地知晓样本的激发的时间以便可以正确地记录发射事件的时序是有益的。
在图3-1中绘示的同步布置可适合于藉由主动方法(active method)(例如，外部控制)产生光脉冲的系统。有源脉冲系统可包含但不限于增益切换激光器及脉冲LED。在此等系统中，时钟3-110可提供数字时钟信号，该数字时钟信号用于在脉冲光源1-110中触发脉冲产生(例如，增益切换或将电流注入LED结中)。相同时钟也可将相同或同步数字信号提供至分析系统1-160，使得仪器上的电子操作可与仪器处的脉冲到达时间同步。
时钟3-110可以是任何适合定时装置。在某些实施例中，时钟可包括晶体振荡器或基于MEMS的振荡器。在某些实施方案中，时钟可包括晶体管环形振荡器。
藉由时钟3-110提供的时钟信号的频率fsync不需要是与脉冲重复率R相同的频率。脉冲重复率可由R＝1/T给出，其中T是脉冲分离间隔。在图3-1中，光脉冲1-120绘示为在空间上分离一距离D。此分离距离根据关系T＝D/c(其中c是光速)而对应于到达分析系统1-160的脉冲之间的时间T。在实务中，可用光电二极管及示波器来判定脉冲之间的时间T。根据某些实施例，T＝fsync/N，其中N是大于或等于1的整数。在某些实施方案中，T＝Nfsync，其中N是大于或等于1的整数。
图3-2绘示了定时器3-220将同步信号提供至分析系统1-160的系统。在某些实施例中，定时器3-220可自脉冲光源1-110导出同步信号，且导出的信号用于将同步信号提供至分析系统1-160。
根据某些实施例，定时器3-220可自光电二极管接收模拟或数字化信号，该光电二极管探测来自脉冲源1-110的光脉冲。定时器3-220可使用任何适合的方法以根据所接收的模拟或数字化信号形成或触发同步信号。举例而言，定时器可使用施密特(Schmitt)触发器或比较器以基于所探测的光脉冲形成一串数字脉冲。在某些实施方案中，定时器3-220可进一步使用延迟锁定回路或锁相回路以使稳定的时钟信号与从所探测的光脉冲产生的一串数字脉冲同步。该串数字脉冲或锁定的稳定时钟信号可经提供至分析系统1-160以使仪器上的电子器件与光脉冲同步。
在某些实施例中，可能需要两个或两个以上脉冲光源1-110a、1-110b以将处于两个或两个以上不同波长的光脉冲供应至分析系统1-160，如在图3-3中所绘示。在此等实施例中，可能需要使光源的脉冲重复率与分析系统1-160上的电子操作同步。在某些实施方案中，若两个脉冲光源使用主动方法来产生脉冲，则可使用上文结合图3-1所阐述的技术。举例而言，时钟3-110可将在同步频率fsync下的时钟或同步信号供应至两个脉冲光源1-110a、1-110b，且供应至分析系统1-160。
在某些实施方案中，使来自两个脉冲光源的脉冲在时间上交错可能是有益的，如在图3-4A及图3-4B中所绘示。当脉冲交错时，来自第一源1-110a的脉冲3-120a可在第一时间t1处用第一特征波长λ1激发分析系统1-160处的一或多个样本。然后可由仪器来收集表示第一脉冲与一或多个样本相互作用的数据。在一稍后时间t2处，来自第二源1-110b的脉冲3-120b可用第二特征波长λ2激发分析系统1-160处的一或多个样本。然后可由仪器来收集表示第二脉冲与一或多个样本相互作用的数据。藉由使脉冲交错，处于一个波长的脉冲-样本相互作用的效应可以不与处于第二波长的脉冲-样本相互作用的效应混杂。此外，可探测到与两个或两个以上荧光标记相关联的特征。
脉冲可与定时及同步电路交错，如在图3-4A中所绘示。结合图3-3所阐述的方法可用于使来自两个脉冲光源1-110a、1-110b的脉冲串同步，且使分析系统1-160上的电子器件及操作与脉冲的到达同步。为使脉冲交错，一个脉冲光源的脉冲可与来自另一脉冲光源的脉冲异相地进行锁相或触发。举例而言，第一脉冲光源1-110a的脉冲可经锁相(使用锁相回路或延迟锁定回路)或经触发为与来自第二脉冲光源1-110b的脉冲发生180度异相，但也可在某些实施例中使用其他相位或角度关是。在某些实施方案中，时序延迟可添加至向一个脉冲光源提供的触发信号。时序延迟可将触发边缘延迟达脉冲分离间隔T的大约一半。根据某些实施例，倍频同步信号可由定时器3-220产生，且被提供至仪器3-160以用于使仪器电子器件及操作与来自脉冲光源的交错脉冲的到达同步。
Ⅳ.脉冲光源的时域应用
上文所阐述的脉冲光源可用于各种时域应用。在某些实施例中，脉冲光源可用于配置为基于荧光寿命、荧光波长、荧光强度或其组合来探测和/或表征生物样本的状况或性质的系统。脉冲光源也可用于时差测距系统中。时差测距系统可包含成像系统及测距系统，该等成像系统及测距系统用短或超短光脉冲照射目标，然后探测来自目标的反向散射辐射以形成该目标的三维影像或判定至该目标的距离。
在利用荧光的时域应用中，以第一特征波长运行的脉冲光源可激发样本中的一或多个荧光分子，且分析系统可探测并分析处于一或多个波长的来自样本的荧光发射，该等波长不同于脉冲光源的波长。根据某些实施例，可基于对来自存在于生物样本中的一或多个荧光分子的荧光寿命进行的分析来判定该样本的一或多个性质。在某些实施方案中，荧光发射的额外特性(例如，波长、强度)可经分析以进一步协助判定生物样本的一或多个性质。基于荧光寿命来判定生物样本的性质的系统可以是成像系统或非成像系统。当配置为成像系统时，像素阵列可用于荧光探测，且成像光学器件可置于样本与像素阵列之间以在像素阵列上形成至少一部分样本的影像。在某些实施方案中，非成像系统可使用像素阵列来并行地探测来自多个样本的荧光。
在图4-1中绘示根据某些实施例的仪器4-100，该仪器用于至少部分地基于荧光寿命分析且使用脉冲光源来判定生物样本的性质。此仪器可包括一或多个脉冲光源4-120、时间分仓光电探测器4-150、光学系统4-130(其可以是一或多个透镜且可以包含一或多个光学滤波器)、以及透明窗4-140，该透明窗可压靠对象上或生物样本可置于该透明窗上。一或若干脉冲光源及光学系统可经布置使得来一或多个源的光脉冲透过窗4-140照射一面积。由光激发脉冲激发的荧光发射可由光学系统4-130收集且经引导至可辨别一或多个荧光分子的寿命的时间分仓光电探测器4-150，如下文进一步阐述。在某些实施方案中，光电探测器4-150可以是非成像的。在某些实施方案中，光电探测器4-150可包括像素的阵列(每个像素均具有时间分仓能力)以形成样本的影像。影像数据可包含空间解析荧光寿命信息以及常用成像信息。仪器的组件可安装于罩壳4-105中，该罩壳的大小可以是小的，使得该仪器可以作为手持式装置来操作。光源4-120及光电探测器4-150可以或不可以安装于相同电路板4-110上。在某些实施例中，仪器4-100可包含微处理器或微控制器，和/或可包含数据通信硬件，使得数据可经传输至外部装置(例如，智能电话、笔记本电脑、PC)以供处理和/或数据储存。
配置为基于荧光寿命而分析样本的系统可探测不同荧光分子之间的荧光寿命的差别，和/或影响荧光寿命的不同环境中的相同荧光分子的寿命之间的差别。作为说明，图4-2标绘了两个不同荧光发射概率曲线(A及B)，其可表示(举例而言)来自两个不同荧光分子或不同环境中的相同荧光分子的荧光发射。参考曲线A，在被短或超短光脉冲激发之后，来自第一分子的荧光发射的概率pA(t)可随时间衰变，如所绘示。在某些情形中，可由指数衰变函数来表示光子被发射的概率随着时间的降低，其中PAo是初始发射概率且τA是表征发射衰变概率的与第一荧光分子相关联的时间参数。τA可被称为第一荧光分子的“荧光寿命”、“发射寿命”或“寿命”。在某些情形中，τA的值可通过荧光分子的局部环境而更改。其他荧光分子可具有不同于在曲线A中所展示的发射特性的发射特性。举例而言，另一荧光分子可具有不同于单一指数衰变的衰变量变曲线，且其寿命可藉由一半衰期值或某些其他度量而表征。
第二荧光分子可具有衰变量变曲线，该衰变量变曲线是指数的但具有可量测的不同寿命τB，如在图4-2中的曲线B所绘示。在某些实施例中，不同荧光分子可具有介于自约0.1ns至约20ns的范围内的寿命或半衰期值。在所展示的实例中，曲线B的关于第二荧光分子的寿命比曲线A的寿命短，且发射的概率在第二分子的激发之后不久即高于曲线A。
发明者已认识并了解到，荧光发射寿命的差别可用于辨别存在或不存在不同荧光分子和/或辨别影响一或若干荧光分子的寿命的样本的不同环境或状况。在某些情形中，基于寿命(而非(举例而言)发射波长)辨别荧光分子可简化分析系统1-160的某些方面。作为示例，当基于寿命辨别荧光分子时，波长辨别光学器件(诸如波长滤波器、针对每一波长的专用探测器、处于不同波长的专用脉冲光源和/或衍射光学器件)的数目可减少或可被消除。在某些情形中，单一脉冲光源可用于激发不同荧光分子，该等不同荧光分子在光学光谱的相同波长区域内发射但具有可量测的不同寿命。使用单一脉冲光源而非处于不同波长的多个源来激发并辨别在相同波长区域中发射的不同荧光分子的分析系统在操作及维护上可能不太复杂、该系统可能是较紧凑的且可以以较低成本制造。
尽管基于荧光寿命分析的分析系统可具有特定益处，但可藉由允许额外探测技术来增加分析系统所获得的信息的量。举例而言，某些分析系统1-160可另外配置为基于荧光波长和/或荧光强度来辨别样本的一或多个性质。
再次参考图4-2，根据某些实施例，可用光电探测器区分不同荧光寿命，该光电探测器配置为在激发荧光分子之后对荧光发射事件进行时间分仓。时间分仓可以在光电探测器的单一电荷累积周期期间发生。在图4-3中以图形方式绘示藉由发射事件的时间分仓来判定荧光寿命的概念。在时间t1处或刚好在t1之前，藉由短或超短光脉冲激发荧光分子或相同类型(例如，对应于图4-2的曲线B的类型)的整组荧光分子。针对整组分子，发射的强度可具有如在图4-3中所绘示的时间量变曲线。
然而，针对单一分子或少量分子，荧光光子的发射根据图4-2中的曲线B的统计数据发生。时间分仓光电探测器4-150可以将相对于荧光分子的激发时间来测量的发射事件累积到离散的时间仓(在图4-3中指示为三个)中。当大量发射事件经加总时，所得时间仓可近似成图4-3中所展示的衰变强度曲线，且分仓信号可用于在不同荧光分子之间或荧光分子所定位的不同环境之间加以区分。
时间分仓光电探测器的实例阐述于国际申请第PCT/US2015/044360号(该国际申请以引用方式并入本文中)中，且出于阐释目的在图4-4中绘示此光电探测器的实施例。单一时间分仓光电探测器4-400可包括光子吸收/载流子产生区域4-402、载流子行进区域4-406及全部形成于半导体基板上的多个载流子储存仓4-408a、4-408b、4-408c。载流子行进区域可藉由载流子传输通道4-407连接至该多个载流子储存仓。仅展示三个载流子储存仓，但可存在更多。可存在连接至载流子储存仓的读出(read-out)通道4-410。可藉由局部地掺杂半导体和/或形成毗邻绝缘区域而形成光子吸收/载流子产生区域4-402，载流子行进区域4-406，载流子储存仓4-408a、4-408b、4-408c及读出通道4-410，以提供光探测能力且局限载流子。时间分仓光电探测器4-400也可包含形成于基板上的多个电极4-420、4-422、4-432、4-434、4-436、4-440，该多个电极配置为在装置中产生电场以用于输送载流子穿过装置。
在操作中，荧光光子可在不同时间处于光子吸收/载流子产生区域4-402处被接收并产生载流子。举例而言，在大约时间t1处，三个荧光光子可在光子吸收/载流子产生区域4-402的消耗区域中产生三个载流子电子。装置中的电场(由于掺杂和/或在外部施加至电极4-420及4-422的偏压以及视情况或替代地施加至4-432、4-434、4-436的偏压所引发)可将载流子移动至载流子行进区域4-406。在载流子行进区域中，行进的距离在激发荧光分子之后表现为一段时间。在一稍后时间t5处，另一荧光光子可在光子吸收/载流子产生区域4-402中被接收并产生额外载流子。在此时间处，前三个载流子已行进至毗邻于第二储存仓4-408b的载流子行进区域4-406中的位置。在一稍后时间t7处，可在电极4-432、4-434、4-436与电极4-440之间施加一电偏压以将载流子自载流子行进区域4-406横向地输送至储存仓。前三个载流子然后可经输送至第一仓4-408a并保持于第一仓4-408a中，且稍后产生的载流子可经输送至第三仓4-408c并保持于第三仓4-408c中。在某些实施方案中，对应于每一储存仓的时间间隔皆处于亚纳秒时间尺度下，但在某些实施例中亦可使用更长时间尺度(例如，在荧光团具有更长衰变时间的实施例中)。
在激发事件(例如，来自脉冲光源的激发脉冲)之后产生载流子且对其进行时间分仓的过程可在单一激发脉冲之后发生一次或在光电探测器4-400的单一电荷累积周期期间于多个激发脉冲之后被重复多次。在电荷累积完成之后，可经由读出通道4-410自储存仓读出载流子。举例而言，可将适当偏压序列施加至至少电极4-440及下游电极(未展示)以自储存仓4-408a、4-408b、4-408c中移除载流子。
在图4-5A及图4-5B中进一步针对多个激发脉冲详细地绘示信号获取的方案。在图4-5A中，在时间te1、te2、te3、…处，多个激发脉冲施加至样本。在每一激发脉冲之后，一或多个荧光发射事件可在时间tfn处发生，这导致基于发射事件发生的时间而将载流子累积至不同载流子储存仓中。在若干个激发事件之后，可读出每一载流子储存仓中的累积信号以提供信号序列，该信号序列可表示为直方图4-510(在图4-5B中所绘示)。该信号序列可指示在激发样本中的荧光团之后于每一分仓时间间隔期间探测的若干个光子，且表示荧光发射衰变速率。该信号序列或直方图可用于在不同荧光分子之间或在荧光分子存在的不同环境之间作出区分。
作为区分不同荧光分子的实例，具有三个时间仓的光电探测器(如在图4-3B及图4-4中所绘示)可产生三个信号值(35、9、3.5)，该三个信号值藉由直方图表示为图4-5B的仓1至仓3且对应于图4-2中的曲线B。与基于不同荧光分子(诸如对应于图4-2中的曲线A的一个荧光分子，其可产生分仓值(18、12、8))记录的分仓信号值相较，此等分仓信号值可具有不同的相对值和/或绝对值。通过比较分仓值的信号序列与校准标准，可在两个或两个以上荧光分子之间或在影响荧光寿命的环境之间进行区分。可能是有益的是，可使用仅在单一特征波长下操作的脉冲光源而基于寿命信息来区分多个不同的荧光分子和/或环境。
根据某些实施例，可在至少一个时间分仓光电探测器中包含激发仓(例如，仓0)以记录激发脉冲的信号电平(例如，累积直接由激发脉冲产生的载流子)。记录信号电平可用于使荧光信号电平归一化，这对于基于强度来进行荧光分子的区分可能是有用的。
在某些实施例中，来自储存仓4-408的信号值可用于拟合发射衰变曲线(例如，单指数衰变)且判定探测到的寿命。在某些实施例中，分仓信号值可拟合至多指数衰变，诸如双指数或三指数。可使用拉盖尔(Laguerre)分解过程来分析多指数衰变。在某些实施方案中，信号值可处理成向量或位置并被映像至M维空间，且可以使用聚类分析(clusteranalysis)来判定探测到的寿命。一旦判定了寿命，便可识别荧光分子的类型或的定位有荧光分子的环境的性质。
尽管结合图4-3及图4-4所阐述的实例绘示三个时间仓，但时间分仓光电探测器也可具有更少或更多个时间仓。举例而言，时间仓的数目可以是2、3、4、5、6、7、8或更多。在某些情形中，可存在16、32、64或更多个时间仓。根据某些实施例，光电探测器中的时间仓的数目可以是可重新配置的。举例而言，可在读出时组合一或多个毗邻的仓。
尽管图4-3的论述是关于探测在一时间处来自单一类型的荧光分子的发射，但在某些情形中，样本可含有具有不同寿命的两个或两个以上的不同的荧光分子。在多个不同荧光分子促成时间发射量变曲线的情况下，可使用平均荧光寿命来表示整组。在某些实施例中，分析系统1-160可配置为在荧光分子的组合之间进行辨别。举例而言，荧光分子的第一组合可展现出不同于荧光分子的第二组合的平均寿命。
根据某些实施例，时间分仓光电探测器可用于成像阵列中，且成像光学器件可包含于时间分仓光电探测器阵列与样本之间。举例而言，成像阵列的每一成像像素皆可包括时间分仓光电探测器4-400。成像光学器件可在光电探测器阵列上形成样本区域的影像。光电探测器阵列中的每一像素皆可记录时间分仓信号值，该等信号值经分析以判定对应于该像素的成像区域的部分的荧光寿命。因此，这类成像阵列可提供空间分辨荧光寿命成像信息来辨别具有不同荧光寿命特性的影像中的不同区域。在某些实施方案中，可(例如)藉由加总每一像素处的所有仓或藉由由激发脉冲仓(仓0)建构影像而使用相同时间分仓光电探测器来获得相同区域的常用影像。荧光寿命变化可显示为常用灰度或彩色影像上重叠的色彩编码映图。在某些情形中，寿命映像可使得医师能够执行程序来识别组织(tissue)的异常或病态区域(例如，癌性或癌前的)。
发明者已认识并了解到，紧凑脉冲光源与用于探测荧光寿命的时间分仓光电探测器可以组合在可应用于临床环境或家用环境中的低成本、可携式医护点(POC)仪器中。此等仪器可以是成像或非成像的，且可利用荧光寿命分析来判定生物样本(例如，人体组织)的一或多个性质。在某些情形中，可在用于分析生物物质(例如，用于分析潜在的有害物质)的领域中使用用于判定生物样本的性质的仪器4-100。下文阐述POC仪器及使用荧光寿命进行样本分析的某些方面。
发明者已认识并了解到，某些内源性生物分子发出具有标志寿命的荧光，该标志寿命可经分析以判定患者的状况或者患者的组织或器官的状况。因此，某些天然的生物分子可充当患者的区域的内源性荧光分子，且为患者的该区域提供无标记的报道符(reporter)。内源性荧光分子的实例可以(举例来说且并非限于以下各项)包含：血红素、胶原蛋白、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸盐(NAD(P)H)、视黄醇(retinol)、核黄素、胆钙化醇、叶酸、吡哆醇、酪胺酸、二酪胺酸、糖化加合物(glycation adduct)、吲哚胺、脂褐质、多酚、色胺酸、黄素及黑色素。
内源性荧光分子可在其所发射的光的波长及其对激发能量的响应方面发生变化。在表1中提供了关于某些示例性内源性荧光分子的激发及荧光波长。额外的内源性荧光分子及其特征荧光波长包含：视黄醇–500nm、核黄素–550nm、胆钙化醇–380至460nm及吡哆醇–400nm。
表1：内源性荧光分子
内源性荧光分子也可具有不同荧光寿命和/或对周围环境敏感的荧光寿命。可影响内源性荧光分子的荧光寿命的环境因素包含组织架构的改变、形态、氧化作用、pH、血管分布、细胞结构和/或细胞代谢状态。在某些实施例中，健康组织的荧光寿命(或组合寿命的平均值)可不同于非健康组织。与其他评价技术相较，对从用短或超短光脉冲照射过的患者的组织中探测的荧光寿命进行分析可允许临床医师探测患者体内疾病的较早期阶段。举例而言，可使用荧光寿命分析在癌症对肉眼可见之前的早期阶段探测到某些类型的皮肤癌。
在某些实施例中，可以探测存在特定生物分子和/或特定生物分子的相对浓度来判定患者的状况。对于某些生物分子，分子的氧化态可提供对患者的状况的指示。分子的荧光寿命可基于分子的氧化态而更改。对探测到的荧光寿命进行分析可用于判定患者组织中生物分子的氧化态与还原态的相对浓度。相对浓度可以指示患者的状况。在某些情形中，某些生物分子(例如，NADH)可结合至细胞中的其他分子(例如，蛋白质)并且具有未经结合或游离溶液状态(free solution state)。结合状态及未结合状态可具有不同荧光寿命。对细胞或组织进行评价可以包含基于荧光寿命来判定游离形式与结合形式中分子的相对浓度。
特定生物分子可提供多种疾病及状况的指示，这些疾病及状况包含癌症(例如，黑色素瘤)、肿瘤、细菌感染、病毒感染及糖尿病。作为实例，可藉由分析来自特定生物分子(例如，NAD(P)H、核黄素、黄素)的荧光寿命而将癌细胞及组织与健康细胞及组织区别开。与健康组织相较，癌组织可能具有一或多个该类生物分子的更高浓度。作为另一实例，可藉由探测与指示血糖浓度的生物分子(诸如己醣激酶及肝糖加合物)相关联的荧光寿命而评价个体的糖尿病。作为另一实例，可藉由探测胶原蛋白及脂褐质的浓度而基于荧光寿命评价由于老化所致的一般改变。
在某些实施例中，外源性荧光分子可并入至组织区域中，且被替代性地使用或除去内源性荧光分子之外而进行使用。在某些情形中，可随探针包含外源性荧光标记或将外源性荧光标记提供为用以识别样本中存在目标(例如，特定分子、细菌或病毒)的标记。外源性荧光分子的实例包含荧光染色剂、有机染料、荧光蛋白、酶和/或量子点。此等外源性分子可与探针或官能团(例如，分子、离子和/或配体(ligand))缀合(conjugate)，该探针或官能团具体结合至疑似存在于样本中的特定目标或组分。将外源性荧光分子附接至探针可以允许通过探测指示外源性荧光分子的荧光寿命而识别目标。在某些实施例中，外源性荧光分子可包含于可能容易地施用至患者(例如，局部施用至皮肤、用于胃肠道成像的摄入)的组合物(例如，凝胶或液体)中。
如可以了解的那样，紧凑POC成像仪器可允许临床医师以非侵入式方式评价和/或诊断患者的状况。藉由用成像装置对可接触的组织区域进行成像而非藉由从患者体内提取生物样本，可以以具备下列特点的方式执行对患者的评价：减少获得结果时所涉及的时间量、减少程序的侵入性、减少成本和/或促进在不需要将患者移动至远程测试位置或将患者的样本发送至测试设施的情况下临床医师治疗患者的能力。
荧光寿命成像的另一时域应用是在显微镜的领域中。可藉由用短或超短光脉冲激发用显微镜观看的样本，且用时间分仓光电探测器阵列来探测来自该样本的荧光而执行荧光寿命成像显微术(FLIM)。可在像素层级下分析探测到的荧光以判定显微镜的视场内对成像部分的寿命，且寿命数据可映射至样本的所得影像。因此，可基于荧光寿命在显微层级下判定样本性质。
脉冲光源及时间分仓光电探测器阵列也可用于不涉及荧光寿命分析的时域应用中。一个此类应用包含时差测距(TOF)成像。在TOF成像中，光脉冲可用于照射远距离对象。成像光学器件可用于收集来自脉冲的反向散射辐射且在时间分仓光电探测器阵列上形成远距离对象的影像。在阵列中的每一像素处，可判定光子的到达时间(例如，判定反向散射脉冲的峰值发生的时间)。由于到达时间和对象与光电探测器阵列之间的距离成比例，因此可以创建对象的三维映图，该三维映图展示成像对象的表面形貌。
Ⅴ.配置
可以实施设备及方法的各种配置及实施例。在此章节阐述某些实例性配置，但本发明并不仅限于所列举配置及实施例。
(1)，一种脉冲光源，其包括：半导体二极管，配置为发射光；以及驱动电路，包含耦接至所述半导体二极管的端子的晶体管，其中所述驱动电路配置为接收单极脉冲且回应于接收到所述单极脉冲而将双极电脉冲施加至所述半导体二极管。
(2)，如配置(1)的脉冲光源，其中所述双极电脉冲包括具有第一量值及第一极性的第一脉冲，所述第一脉冲后续接着具有相反极性的第二脉冲，所述第二脉冲具有不同于所述第一量值的第二量值。
(3)，如(2)的脉冲光源，其中所述第二量值介于所述第一量值的25％与90％之间。
(4)，如(1)至(3)中任一者的脉冲光源，其进一步包括连接至所述半导体二极管的端子的多个接合导线。
(5)，如(1)至(4)中任一者的脉冲光源，其进一步包括脉冲发生器，所述脉冲发生器耦接至所述驱动电路且配置为形成所述单极脉冲并将所述单极脉冲输出至所述驱动电路。
(6)，如(5)的脉冲光源，其中所述脉冲发生器、所述驱动电路及所述半导体二极管位于相同印刷电路板上。
(7)，如(5)的脉冲光源，其中所述脉冲发生器、所述驱动电路及所述半导体二极管位于相同基板上。
(8)，如(1)至(7)中任一者的脉冲光源，其中所述单极脉冲的脉冲长度介于50ps与500ps之间。
(9)，如(5)至(8)中任一者的脉冲光源，其中所述脉冲发生器包括第一逻辑门，所述第一逻辑门由两个差分时钟信号形成所述单极脉冲。
(10)，如(9)的脉冲光源，其中所述第一逻辑门包括发射极耦合逻辑门。
(11)，如(9)或(10)的脉冲光源，其中所述脉冲发生器进一步包括扇出门，所述扇出门配置为接收单一时钟信号且将四个时钟信号输出至所述第一逻辑门。
(12)，如(9)至(11)中任一者的脉冲光源，其中所述脉冲发生器进一步包括可调整延迟组件，所述可调整延迟组件配置为使所述单极脉冲的脉冲长度以介于1ps与5ps之间的增量进行变化。
(13)，如(9)至(12)中任一者的脉冲光源，其中所述晶体管具有连接于所述半导体二极管的阴极与参考电势之间的载流端子且具有耦接至所述第一逻辑门的栅极端子。
(14)，如(13)的脉冲光源，其进一步包括连接于所述晶体管的所述栅极端子与来自所述第一逻辑门的输出端之间的电容器。
(15)，如(1)至(14)中任一者的脉冲光源，其中所述晶体管包括高电子迁移率场效应晶体管。
(16)，如(1)至(15)中任一者的脉冲光源，其中所述晶体管配置为持续介于50ps与2ns之间的持续时间来切换高达4安培以穿过所述半导体二极管。
(17)，如(9)至(13)中任一者的脉冲光源，其进一步包括第二逻辑门，所述第二逻辑门与所述该第一逻辑门并联连接且布置为由所述两个差分时钟信号形成第二单极脉冲，其中来自所述第二逻辑门的输出端耦接至所述晶体管的所述栅极端子。
(18)，如(1)至(17)中任一者的脉冲光源，其中所述晶体管的漏极端子直接连接至所述半导体二极管的阴极。
(19)，如(18)的脉冲光源，其进一步包括并联连接至所述漏极端子的第一电容器及电阻器。
(20)，如(18)或(19)的脉冲光源，其进一步包括连接于所述半导体二极管的阳极与所述晶体管的源极端子之间的第二电容器。
(21)，如(5)至(20)中任一者的脉冲光源，其中所述脉冲发生器及所述驱动电路配置为以介于约30Hz与约200MHz之间的重复率用所述双极电脉冲来调变所述半导体二极管。
(22)，如(1)至(21)中任一者的脉冲光源，其中回应于所述双极电脉冲的施加而从所述半导体二极管发射具有介于50ps与500ps之间的半峰全宽持续时间的光脉冲。
(23)，如(1)至(21)中任一者的脉冲光源，其中所述光脉冲具有选自以下群组之一的特征波长：270nm、280nm、325nm、340nm、370nm、380nm、400nm、405nm、410nm、450nm、465nm、470nm、490nm、515nm、640nm、665nm、808nm及980nm。
(24)，如(1)至(23)中任一者的脉冲光源，其中所述光脉冲的尾部在从所述脉冲的峰值开始经过250ps之后保持比所述脉冲的峰值低至少20dB。
(25)，如(1)至(24)中任一者的脉冲光源，其中所述半导体二极管包括激光器二极管。
(26)，如(25)的脉冲光源，其中所述激光器二极管包含多量子阱。
(27)，如(1)至(26)中任一者的脉冲光源，其中所述半导体二极管是发光二极管。
(28)，如(1)至(27)中任一者的脉冲光源，其中所述半导体二极管是板坯耦合光学波导激光器二极管。
(29)，如(1)至(28)中任一者的脉冲光源，其进一步包括可饱和吸收器，所述可饱和吸收器布置为从所述半导体二极管接收光脉冲。
(30)，如(1)至(29)中任一者的脉冲光源，其中所述可饱和吸收器与所述半导体二极管形成于相同基板中。
(31)，如(1)至(4)、(15)、(16)、(18)及(22)至(30)中任一者的脉冲光源，其中所述驱动电路包括传输线脉冲发生器。
(32)，如(31)的脉冲光源，其进一步包括以U形状形成的传输线。
(33)，如(31)或(32)的脉冲光源，其中所述半导体二极管连接至所述传输线的第一端，且所述脉冲光源进一步包括连接至所述传输线的第二端的端接阻抗。
(34)，如(33)的脉冲光源，其进一步包括短接晶体管，所述短接晶体管布置成将所述传输线的第一端及第二端短接至参考电势。
(35)，如(1)至(34)中任一者的脉冲光源，其进一步包括光电探测器阵列，所述光电探测器阵列具有多个像素，所述多个像素各自配置为在单一电荷累积间隔期间将光子到达时间区别成至少两个时间仓；以及光学系统，其布置成在所述光电探测器阵列上形成由所述脉冲光源照射的对象的影像。
(36)，如(35)的脉冲光源，其中所述光电探测器阵列布置为产生表示位于远距离对象处的至少一个荧光分子的荧光寿命的信号。
(37)，如(35)或(36)的脉冲光源，其进一步包括信号处理电子器件，所述信号处理电子器件配置为自所述光电探测器阵列接收表示荧光寿命的所述信号，且产生所述对象的电子影像的数字数据，其中所述电子影像指示所述对象基于荧光寿命的至少一个特性。
(38)，一种产生光脉冲的方法，所述方法包括以下动作：接收至少一个时钟信号；由所述至少一个时钟信号产生电脉冲；用所述电脉冲驱动晶体管的栅极端子，其中所述晶体管的载流端子连接至配置为发射光的半导体二极管；以及回应于藉由所述电脉冲对所述晶体管的启动而将双极电流脉冲施加至所述半导体二极管以产生光脉冲。
(39)，如实施例(38)的方法，其中所述电脉冲是单极脉冲。
(40)，如(38)或(39)的方法，其进一步包括调整所述单极脉冲的脉冲持续时间而非脉冲振幅以控制所述光脉冲的振幅。
(41)，如(38)至(40)中任一者的方法，其中所述光脉冲具有介于50ps与2ns之间的半峰全宽持续时间。
(42)，如(38)至(40)中任一者的方法，其中所述光脉冲具有介于50ps与500ps之间的半峰全宽持续时间。
(43)，如(38)至(42)中任一者的方法，其中所述光脉冲具有选自以下群组之一的特征波长：270nm、280nm、325nm、340nm、370nm、380nm、400nm、405nm、410nm、450nm、465nm、470nm、490nm、515nm、640nm、665nm、808nm及980nm。
(44)，如(38)至(43)中任一者的方法，其进一步包括重复接收、产生、驱动及施加的所述动作以便以30Hz与200MHz之间的重复率产生一系列光脉冲。
(45)，如(38)至(44)中任一者的方法，其中所述双极电流脉冲包括具有第一振幅的第一脉冲及具有第二振幅、相反极性且量值不同于所述第一脉冲的第二脉冲。
(46)，如(38)至(45)的方法，其中所述半导体二极管包括激光器二极管或发光二极管。
(47)，如(38)至(46)中任一者的方法，其进一步包括用可饱和吸收器以差分方式使所述光脉冲的一部分衰减。
(48)，如(38)至(47)中任一者的方法，其中接收至少一个时钟信号的所述动作包括：在耦接至所述晶体管的栅极端子的逻辑门处接收两个差分时钟信号。
(49)，如(38)至(47)中任一者的方法，其中接收至少一个时钟信号的所述动作包括：在并联耦接至所述晶体管的栅极端子的两个逻辑门处接收两个差分时钟信号。
(50)，如(38)至(49)中任一者的方法，其中产生所述电脉冲的所述动作包括：用耦接至所述晶体管的栅极端子的逻辑门来处理两个差分时钟信号以形成所述电脉冲。
(51)，如(50)的方法，其进一步包括藉由所述两个差分时钟信号之间的相位延迟来设定所述电脉冲的长度。
(52)，如(38)至(51)中任一者的方法，其中产生所述电脉冲的所述动作包括：用并联耦接至所述晶体管的栅极端子的两个逻辑门来处理两个差分时钟信号以形成所述电脉冲。
(53)，如(38)至(52)中任一者的方法，其进一步包括：用来自所述半导体二极管的光脉冲照射样本；以及探测所述样本的荧光寿命。
(54)，如(53)的方法，其进一步包括在至少两个不同荧光寿命之间进行区分，所述至少两个不同荧光寿命具有与两个不同荧光分子或所述分子所处环境相关联的不同衰变速率，其中所述光脉冲处于单一特征波长。
(55)，如(53)或(54)的方法，其进一步包括基于探测到的荧光寿命而判定所述样本的至少一个性质。
(56)，如(55)的方法，其进一步包括：产生所述样本的区域的电子影像；以及在所述影像中指示基于荧光寿命的至少一个特性。
(57)，如(38)至(52)中任一者的方法，其进一步包括：用来自所述半导体二极管的光脉冲照射样本；以及在单一光电探测器的单一电荷累积间隔期间，用所述单一光电探测器将从所述样本向后散射的光子的到达时间区别成至少两个时间仓。
(58)，如(57)的方法，其进一步包括基于所区别的到达时间而产生所述样本的电子三维影像。
(59)，一种荧光寿命分析系统，其包括：半导体二极管，配置为发射光；驱动电路，配置为将双极电流脉冲施加至所述半导体二极管，从而产生光脉冲；光学系统，布置为将所述光脉冲递送至样本；以及光电探测器，配置为在所述光电探测器的单一电荷累积间隔期间将光子到达时间区别成至少两个时间仓。
(60)，如(59)的系统，其进一步包括脉冲发生器，所述脉冲发生器布置成将电脉冲提供至电流驱动电路，其中电流驱动电路配置为响应于接收到所述电脉冲而将双极脉冲施加至所述半导体二极管。
(61)，如(60)的系统，其中所述电脉冲是具有介于50ps与2ns之间的持续时间的单极脉冲。
(62)，如(60)或(61)的系统，其中所述电流驱动电路包括晶体管，所述晶体管具有耦接至来自所述脉冲发生器的输出端的栅极端子，且具有连接于所述半导体二极管的端子与参考电势之间的载流端子。
(63)，如(62)的系统，其进一步包括：第一电阻器及第一电容器，所述第一电阻器及第一电容器并联连接于所述半导体二极管的阳极与阴极之间；以及第二电阻器及第二电容器，所述第二电阻器及第二电容器并联连接于所述晶体管的栅极端子与参考电势之间。
(64)，如(59)至(63)中任一者的系统，其中所述半导体二极管包括激光器二极管或发光二极管。
(65)，如(59)至(63)中任一者的系统，其进一步包括连接至所述半导体二极管的端子的多个接合导线。
(66)，如(59)至(63)中任一者的系统，其中所述光脉冲具有介于50ps与500ps之间的半峰全宽持续时间。
(67)，如(59)至(63)中任一者的系统，其中所述光脉冲具有选自以下群组之一的特征波长：270nm、280nm、325nm、340nm、370nm、380nm、400nm、405nm、410nm、450nm、465nm、470nm、490nm、515nm、640nm、665nm、808nm及980nm。
(68)，如(59)至(63)中任一者的系统，其进一步包括所述光电探测器所处的光电探测器阵列，所述光电探测器阵列配置为在所述光脉冲的单一电荷累积间隔期间对来自所述样本的荧光进行时间分仓。
(69)，如(68)的系统，其进一步包括位于所述样本与所述光电探测器阵列之间的成像光学器件，其中所述成像光学器件布置为形成由所述光脉冲照射的所述样本在所述光电探测器阵列处的区域的影像。
(70)，如(69)的系统，其中在所述光电探测器阵列处形成的所述影像是所述样本的显微区域的影像。
(71)，一种脉冲光源，其包括：半导体二极管，配置为发射光；第一逻辑门，配置为在所述第一逻辑门的输出端处形成第一脉冲；驱动电路，耦接至所述第一逻辑门，其中所述驱动电路配置为接收所述第一脉冲且回应于接收到所述第一脉冲而将双极电脉冲施加至所述半导体二极管以产生光脉冲。
(72)，如(71)的脉冲光源，其中所述第一脉冲是单极脉冲。
(73)，如(72)的脉冲光源，其进一步包括耦接至所述第一逻辑门的扇出门及延迟组件，其中所述延迟组件使来自所述扇出门的至少一个输出延迟。
(74)，如(73)的脉冲光源，其中所述延迟组件配置为使所述单极脉冲的脉冲长度以介于1ps与5ps之间的增量变化。
(75)，如(71)至(74)中任一者的脉冲光源，其中所述第一逻辑门配置为由两个差分时钟信号形成所述第一脉冲。
(76)，如(71)至(75)中任一者的脉冲光源，其中所述双极电脉冲包括具有第一量值及第一极性的第一脉冲，所述第一脉冲续接着具有相反极性的第二脉冲，所述第二脉冲具有不同于所述第一量值的第二量值。
(77)，如(76)的脉冲光源，其中所述第二量值介于所述第一量值的25％与90％之间。
(78)，如(71)至(77)中任一者的脉冲光源，其进一步包括连接至所述半导体二极管的端子的多个接合导线。
(79)，如(75)至(78)中任一者的脉冲光源，其进一步包括第二逻辑门，所述第二逻辑门配置为由所述两个差分时钟信号形成第二脉冲，其中所述第二逻辑门与所述第一逻辑门并联连接且所述第二逻辑门的输出端耦接至所述驱动电路。
(80)，如(71)至(79)中任一者的脉冲光源，其进一步包括处于所述驱动电路内的晶体管，所述晶体管具有连接于所述半导体二极管与参考电势之间的载流端子。
(81)，如(80)的脉冲光源，其中所述光脉冲具有介于50ps与2ns之间的持续时间。
(82)，一种脉冲光源，其包括：半导体二极管，配置为发射光；以及驱动电路，包含耦接至所述半导体二极管的端子的晶体管，其中所述驱动电路配置为接收单极脉冲且回应于接收到所述单极脉冲而将双极电脉冲施加至所述半导体二极管，其中所述晶体管与所述半导体二极管并联连接于电流源与参考电势之间。
(83)，如(82)的脉冲光源，其视情况排除(1)的特征而具有(2)至(4)、(15)及(22)至(30)中任一者的特征，所述脉冲光源进一步包括并联连接于所述半导体二极管与所述参考电势之间的电阻器及电容器。
(84)，如(82)或(83)的脉冲光源，其中所述晶体管配置为正常导通且用所述单极脉冲进行脉冲式关断。
(85)，如(82)至(84)中任一者的脉冲光源，其进一步包括：光电探测器阵列，所述光电探测器阵列具有多个像素，所述多个像素各自配置为在单一电荷累积间隔期间将光子到达时间区别成至少两个时间仓；以及光学系统，配置为在所述光电探测器阵列上形成由所述脉冲光源照射的对象的影像。
(86)，一种脉冲光源，其包括：半导体二极管，配置为发射光；以及多个第一电路分支，连接至所述半导体二极管的第一端子，每一电路分支皆包括晶体管，所述晶体管具有连接于参考电势与所述半导体二极管的第一端子之间的其载流端子。
(87)，如(86)的脉冲光源，其视情况排除(1)的特征而具有(4)、(15)、(16)及(22)至(30)中任一者的特征，其中所述多个第一电路分支中的第一电路分支的第一参考电势具有不同于多个第一电路分支中的第二电路分支的第二参考电势的值。
(88)，如(86)或(87)的脉冲光源，其中多个第一电路分支中的第一电路分支的第一参考电势具有正值，且所述多个第一电路分支中的第二电路分支中的第二参考电势具有负值。
(89)，如(86)至(88)中任一者的脉冲光源，其进一步包括处于每一电路分支中的电阻器，所述电阻器连接于所述晶体管的载流端子与所述参考电势之间。
(90)，如(86)至(89)中任一者的脉冲光源，其进一步包括处于每一电路分支中的电容器，所述电容器连接于所述晶体管的载流端子与接地电势之间。
(91)，如(86)至(90)中任一者的脉冲光源，其进一步包括：光电探测器阵列，所述光电探测器阵列具有多个像素，所述多个像素各自配置为在单一电荷累积间隔期间将光子到达时间区别成至少两个时间仓；以及光学系统，布置成在所述光电探测器阵列上形成由所述脉冲光源照射的对象的影像。
(92)，一种脉冲光源，其包括：射频放大器，提供信号及反相信号；逻辑门，配置为接收所述信号及相移的反相信号且输出脉冲及反相脉冲；合路器，配置为将所述脉冲及所述反相脉冲合路至共同输出端上；以及半导体二极管，耦接至所述共同输出端且配置为响应于接收到所述脉冲及所述反相脉冲而产生光脉冲。
(93)，如(92)的脉冲光源，其视情况排除(1)的特征而具有(4)、(15)、(16)及(22)至(30)中任一者的特征，所述脉冲光源进一步包括可变衰减器，所述可变衰减器布置成使所述脉冲或所述反相脉冲衰减。
(94)，如(92)或(93)的脉冲光源，其进一步包括延迟组件，所述延迟组件布置成使所述脉冲或所述反相脉冲在时间上延迟。
(95)，如(92)至(94)中任一者的脉冲光源，其进一步包括连接至所述射频放大器的输入端的DC区块。
(96)，如(92)至(95)中任一者的脉冲光源，其进一步包括：光电探测器阵列，所述光电探测器阵列具有多个像素，所述多个像素各自配置为在单一电荷累积间隔期间将光子到达时间区别成至少两个时间仓；以及光学系统，配置为在所述光电探测器阵列上形成由所述脉冲光源照射的对象的影像。
(97)，一种脉冲光源，其包括：射频逻辑门，配置为接收第一信号及所述第一信号的反相版本，且输出脉冲及所述脉冲的反相版本；以及半导体二极管，连接至所述射频逻辑门且布置成在所述半导体二极管的第一端子处接收所述脉冲并在所述半导体二极管的第二端子处接收所述脉冲的反相版本，且发射光脉冲。
(98)，如(97)的脉冲光源，其视情况排除(1)的特征而具有(4)、(15)、(16)及(22)至(30)中任一者的特征，所述脉冲光源进一步包括：第一放大器，布置成接收周期信号且输出所述第一信号及所述第一信号的反相版本；以及移相器，配置为使所述第一信号或所述第一信号的反相版本的相位变化。
(99)，如(97)或(98)的脉冲光源，其进一步包括：光电探测器阵列，所述光电探测器阵列具有多个像素，所述多个像素各自配置为在单一电荷累积间隔期间将光子到达时间区别成至少两个时间仓；以及光学系统，布置成在所述光电探测器阵列上形成由所述脉冲光源照射的对象的影像。
VI.结论
如此阐述脉冲激光器的数个实施例的数个方面后，应了解的是，本领域技术人员将易于联想到各种更改、修改及改良。此等更改、修改及改良旨在成为本发明的一部分且旨在落入本发明的精神及范围内。虽然结合各种实施例及实例一起阐述了本发明的教导，但并不意欲将本发明教导限于此等实施例或实例。相反，本发明教导囊括各种替代方案、修改及等效形式，如本领域技术人员所了解的。
虽然已阐述并说明各种发明性实施例，但本领域技术人员将易于想象用于执行所阐述的功能和/或获得所阐述的结果和/或一个或多个优点的多种其他手段和/或结构，且此等变化和/或修改中的每一个皆被认为是在所阐述的发明性实施例的范围内。更一般而言，本领域技术人员将易于了解的是，所阐述的所有参数、尺寸、材料及配置意指实例且实际参数、尺寸、材料和/或配置将取决于发明性教导所使用的一或若干具体应用。本领域技术人员将仅使用常规实验即可认识或能够探知所阐述的特定发明性实施例的诸多等效形式。因此，应理解的是，前述实施例仅以实例方式呈现且在随附权利要求范围及其等效形式的范围内，可依所具体阐述及主张而不同地实践发明性实施例。本公开的发明性实施例可针对于所阐述的每一单个特征、系统、系统升级和/或方法。另外，若此等特征、系统、系统升级和/或方法不互相矛盾，则两个或两个以上此等特征、系统和/或方法的任何组合包含于本公开的发明性范围内。
此外，尽管可指示本发明的某些优点，但应了解并非本发明的每一实施例都将包含每个所阐述的优点。某些实施例可不实施阐述为有利的任何特征。因此，前述阐述及附图仅是举例说明。
数值及范围可在说明书及权利要求中阐述为近似或确切值或范围。举例而言，在某些情形中，术语“约”、“大约”及“基本上”可参考一个值而使用。此等参考旨在囊括经参考值并且加上及减去该值的合理变化。举例而言，一词组“介于约10与约20之间”旨在表明在某些实施例中意指“介于恰好10与恰好20之间”，以及在某些实施例中意指“介于10±δ1与20±δ2之间”。一个值的变化量δ1、δ2可在某些实施例中小于该值的5％，在某些实施例中小于该值的10％，且亦在某些实施例中小于该值的20％。在给出值的大范围(例如，包含两个或两个以上数量级的范围)的实施例中，值的变化量δ1、δ2可高至50％。举例而言，若可操作范围自2延伸至200，则“大约80”可囊括40与120之间的值且范围可大至1与300之间。当意指确切值时，使用术语“恰好”，例如“介于恰好2与恰好200之间”。
本申请中所引用的所有文献及类似材料(包含但不限于专利、专利申请、文章、书籍、专著及网页(不管此等文献及类似材料的格式为何))皆以全文引用方式明确并入。倘若所并入文献及类似材料中的一或多者不同于本申请或与本申请矛盾(包含但不限于所定义术语、术语使用、所阐述技术或诸如此类)，则以本申请为准。
所使用的各部分标题仅出于组织目的，且不应理解为以任何方式限制所阐述的主体。
此外，所阐述的技术可体现为一方法，已提供该方法的至少一个实例。作为该方法的一部分所执行的动作可以任何适合方式排序。因此，实施例可构造为以不同于所说明的次序来执行动作，这可以包含同时执行某些动作(即使在说明性实施例中展示为有序的动作)。
如所定义及所使用，所有定义皆应理解为以辞典定义、以引用方式并入的文件中的定义和/或所定义术语的普通意义为准。
除非明确有相反指示，否则如在说明书中及在权利要求中所使用的不定冠词“一(a)”及“一个(an)”应理解为意指“至少一个”。
如在说明书中及在权利要求中所使用，词组“和/或”应理解为意指如此结合的组件中的“任一者或两者”，亦即，在某些情形中以结合方式存在的组件及在其他情形中以分离方式存在的组件。用“和/或”列举的多个组件应以相同方式理解，亦即，如此结合的组件中的“一或多者”。可视情况存在除由“和/或”从句具体标识的组件之外的其他组件，无论与所具体标识的此等组件相关还是不相关。因此，作为非限制性实例，当结合诸如“包括”的开端式语言一起使用时，对“A及/或B”的引用可在一项实施例中仅是指A(视情况包含除B之外的组件)；在又一实施例中，仅是指B(视情况包含除A之外的组件)；在再一实施例中，是指A及B两者(视情况包含其他组件)等。
如在说明书中及在权利要求中所使用，“或”应理解为具有与如上文所定义的“和/或”相同的意义。举例而言，当分离一列表中的物项时，“或”或者“和/或”应阐释为是包含性的，亦即，包含若干组件或一组件列表中的至少一者(但亦包含一者以上)及视情况包含额外未列举物项。仅明确指示为相反的术语，诸如“仅…中的一者”或“…中的恰好一者”或当用于权利要求中时，“由…组成”将是指包含若干组件或一组件列表中的恰好一个组件。一般而言，如所使用的术语“或”在前面有排他性术语(诸如“任一者”、“其中之一者”、“仅其中之一者”或“其中之恰好一者”)时应仅阐释为指示排他性替代方案(亦即，“一者或另一者而非两者”)。“基本上由…组成”(当用于权利要求中时)应具有如用于专利法律领域中的普通意义。
如在说明书中及在权利要求中所使用，在提及一或多个组件的一列表时的词组“至少一个”应理解为意指自该组件列表中的该等组件中的任一者或多者中选择出的至少一个组件，但未必包含该组件列表内所具体列举的每一组件中的至少一者，且不排除该组件列表中的组件的任何组合。此定义亦允许可视情况存在除词组“至少一个”指代的该组件列表内所具体标识的组件之外的组件，无论与所具体标识之此等组件相关还是不相关。因此，作为一非限制性实例，“A及B中的至少一者”(或等效地，“A或B中的至少一者”，或等效地，“A和/或B中的至少一者”)可在一项实施例中是指至少一个(视情况包含一个以上)A，而不存在B(且视情况包含除B之外的组件)；在另一实施例中，是指至少一个(视情况包含一个以上)B，而不存在A(且视情况包含除A之外的组件)；在又一实施例中，是指至少一个(视情况包含一个以上)A及至少一个(视情况包含一个以上)B(且视情况包含其他组件)等。
在权利要求中以及在上述说明书中，所有过渡性词组(诸如“包括”、“包含”、“携带”、“具有”、“含有”、“涉及”、“固持”、“由…构成”及诸如此类)应理解为开放式的，亦即，意指包含但不限于。仅过渡性词组“由…组成”及“基本上由…组成”应分别是封闭式或半封闭式过渡性词组。
权利要求不应被解读为限于所阐述次序或组件，除非针对该效果陈述。应理解，本领域技术人员可在不脱离随附权利要求的精神及范围的情况下作出形式及细节上的各种改变。在随附权利要求及其等效形式的精神及范畴内的所有实施例皆被主张。
Claims (99)
1.一种脉冲光源，其包括：
半导体二极管，配置为发射光；以及
驱动电路，包含耦接至所述半导体二极管的端子的晶体管，其中所述驱动电路配置为接收单极脉冲且回应于接收到所述单极脉冲而将双极电脉冲施加至所述半导体二极管。
2.如权利要求1的脉冲光源，其中所述双极电脉冲包括具有第一量值及第一极性的第一脉冲，所述第一脉冲后续接着具有相反极性的第二脉冲，所述第二脉冲具有不同于所述第一量值的第二量值。
3.如权利要求2的脉冲光源，其中所述第二量值介于所述第一量值的25％与90％之间。
4.如权利要求1至3中任意一项的脉冲光源，其进一步包括连接至所述半导体二极管的端子的多个接合导线。
5.如权利要求1的脉冲光源，其进一步包括脉冲发生器，所述脉冲发生器耦接至所述驱动电路且配置为形成所述单极脉冲并将所述单极脉冲输出至所述驱动电路。
6.如权利要求5的脉冲光源，其中所述脉冲发生器、所述驱动电路及所述半导体二极管位于相同印刷电路板上。
7.如权利要求5的脉冲光源，其中所述脉冲发生器、所述驱动电路及所述半导体二极管位于相同基板上。
8.如权利要求5的脉冲光源，其中所述单极脉冲的脉冲长度介于50ps与500ps之间。
9.如权利要求5至8中任意一项的脉冲光源，其中所述脉冲发生器包括第一逻辑门，所述第一逻辑门由两个差分时钟信号形成所述单极脉冲。
10.如权利要求9的脉冲光源，其中所述第一逻辑门包括发射极耦合逻辑门。
11.如权利要求9的脉冲光源，其中所述脉冲发生器进一步包括扇出门，所述扇出门配置为接收单一时钟信号且将四个时钟信号输出至所述第一逻辑门。
12.如权利要求9的脉冲光源，其中所述脉冲发生器进一步包括可调整延迟组件，所述可调整延迟组件配置为使所述单极脉冲的脉冲长度以介于1ps与5ps之间的增量进行变化。
13.如权利要求9的脉冲光源，其中所述晶体管具有连接于所述半导体二极管的阴极与参考电势之间的载流端子且具有耦接至所述第一逻辑门的栅极端子。
14.如权利要求13的脉冲光源，其进一步包括连接于所述晶体管的所述栅极端子与来自所述第一逻辑门的输出端之间的电容器。
15.如权利要求13的脉冲光源，其中所述晶体管包括高电子迁移率场效应晶体管。
16.如权利要求13的脉冲光源，其中所述晶体管配置为持续介于50ps与2ns之间的持续时间来切换高达4安培以穿过所述半导体二极管。
17.如权利要求13的脉冲光源，其进一步包括第二逻辑门，所述第二逻辑门与所述该第一逻辑门并联连接且布置为由所述两个差分时钟信号形成第二单极脉冲，其中来自所述第二逻辑门的输出端耦接至所述晶体管的所述栅极端子。
18.如权利要求13的脉冲光源，其中所述晶体管的漏极端子直接连接至所述半导体二极管的阴极。
19.如权利要求18的脉冲光源，其进一步包括并联连接至所述漏极端子的第一电容器及电阻器。
20.如权利要求18的脉冲光源，其进一步包括连接于所述半导体二极管的阳极与所述晶体管的源极端子之间的第二电容器。
21.如权利要求5的脉冲光源，其中所述脉冲发生器及所述驱动电路配置为以介于约30Hz与约200MHz之间的重复率用所述双极电脉冲来调变所述半导体二极管。
22.如权利要求1至3中任意一项的脉冲光源，其中回应于所述双极电脉冲的施加而从所述半导体二极管发射具有介于50ps与500ps之间的半峰全宽持续时间的光脉冲。
23.如权利要求1至3中任意一项的脉冲光源，其中所述光脉冲具有选自以下群组之一的特征波长：270nm、280nm、325nm、340nm、370nm、380nm、400nm、405nm、410nm、450nm、465nm、470nm、490nm、515nm、640nm、665nm、808nm及980nm。
24.如权利要求22的脉冲光源，其中所述光脉冲的尾部在从所述脉冲的峰值开始经过250ps之后保持比所述脉冲的峰值低至少20dB。
25.如权利要求1至3中任意一项的脉冲光源，其中所述半导体二极管包括激光器二极管。
26.如权利要求1至3中任意一项的脉冲光源，其中所述激光器二极管包含多量子阱。
27.如权利要求1至3中任意一项的脉冲光源，其中所述半导体二极管是发光二极管。
28.如权利要求1至3中任意一项的脉冲光源，其中所述半导体二极管是板坯耦合光学波导激光器二极管。
29.如权利要求1至3中任意一项的脉冲光源，其进一步包括可饱和吸收器，所述可饱和吸收器布置为从所述半导体二极管接收光脉冲。
30.如权利要求1至3中任意一项的脉冲光源，其中所述可饱和吸收器与所述半导体二极管形成于相同基板中。
31.如权利要求1至3中任意一项的脉冲光源，其中所述驱动电路包括传输线脉冲发生器。
32.如权利要求31的脉冲光源，其进一步包括以U形状形成的传输线。
33.如权利要求32的脉冲光源，其中所述半导体二极管连接至所述传输线的第一端，且所述脉冲光源进一步包括连接至所述传输线的第二端的端接阻抗。
34.如权利要求33的脉冲光源，其进一步包括短接晶体管，所述短接晶体管布置成将所述传输线的第一端及第二端短接至参考电势。
35.如权利要求1至3中任意一项的脉冲光源，其进一步包括：
光电探测器阵列，所述光电探测器阵列具有多个像素，所述多个像素各自配置为在单一电荷累积间隔期间将光子到达时间区别成至少两个时间仓；以及
光学系统，其布置成在所述光电探测器阵列上形成由所述脉冲光源照射的对象的影像。
36.如权利要求35的脉冲光源，其中所述光电探测器阵列布置为产生表示位于远距离对象处的至少一个荧光分子的荧光寿命的信号。
37.如权利要求36的脉冲光源，其进一步包括信号处理电子器件，所述信号处理电子器件配置为自所述光电探测器阵列接收表示荧光寿命的所述信号，且产生所述对象的电子影像的数字数据，其中所述电子影像指示所述对象基于荧光寿命的至少一个特性。
38.一种产生光脉冲的方法，所述方法包括：
接收至少一个时钟信号；
由所述至少一个时钟信号产生电脉冲；
用所述电脉冲驱动晶体管的栅极端子，其中所述晶体管的载流端子连接至配置为发射光的半导体二极管；以及
回应于藉由所述电脉冲对所述晶体管的启动而将双极电流脉冲施加至所述半导体二极管以产生光脉冲。
39.如权利要求38的方法，其中所述电脉冲是单极脉冲。
40.如权利要求39的方法，其进一步包括调整所述单极脉冲的脉冲持续时间而非脉冲振幅以控制所述光脉冲的振幅。
41.如权利要求38至40中任意一项的方法，其中所述光脉冲具有介于50ps与2ns之间的半峰全宽持续时间。
42.如权利要求38至40中任意一项的方法，其中所述光脉冲具有介于50ps与500ps之间的半峰全宽持续时间。
43.如权利要求38至40中任意一项的方法，其中所述光脉冲具有选自以下群组之一的特征波长：270nm、280nm、325nm、340nm、370nm、380nm、400nm、405nm、410nm、450nm、465nm、470nm、490nm、515nm、640nm、665nm、808nm及980nm。
44.如权利要求38至40中任意一项的方法，其进一步包括重复接收、产生、驱动及施加的所述动作以便以30Hz与200MHz之间的重复率产生一系列光脉冲。
45.如权利要求38至40中任意一项的方法，其中所述双极电流脉冲包括具有第一振幅的第一脉冲及具有第二振幅、相反极性且量值不同于所述第一脉冲的第二脉冲。
46.如权利要求38至40中任意一项的方法，其中所述半导体二极管包括激光器二极管或发光二极管。
47.如权利要求38至40中任意一项的方法，其进一步包括用可饱和吸收器以差分方式使所述光脉冲的一部分衰减。
48.如权利要求38至40中任意一项的方法，其中接收至少一个时钟信号的所述动作包括：在耦接至所述晶体管的栅极端子的逻辑门处接收两个差分时钟信号。
49.如权利要求38至40中任意一项的方法，其中接收至少一个时钟信号的所述动作包括：在并联耦接至所述晶体管的栅极端子的两个逻辑门处接收两个差分时钟信号。
50.如权利要求38至40中任意一项的方法，其中产生所述电脉冲的所述动作包括：用耦接至所述晶体管的栅极端子的逻辑门来处理两个差分时钟信号以形成所述电脉冲。
51.如权利要求50的方法，其进一步包括藉由所述两个差分时钟信号之间的相位延迟来设定所述电脉冲的长度。
52.如权利要求38至40中任意一项的方法，其中产生所述电脉冲的所述动作包括：用并联耦接至所述晶体管的栅极端子的两个逻辑门来处理两个差分时钟信号以形成所述电脉冲。
53.如权利要求38至40中任意一项的方法，其进一步包括：
用来自所述半导体二极管的光脉冲照射样本；以及
探测所述样本的荧光寿命。
54.如权利要求53的方法，其进一步包括在至少两个不同荧光寿命之间进行区分，所述至少两个不同荧光寿命具有与两个不同荧光分子或所述分子所处环境相关联的不同衰变速率，其中所述光脉冲处于单一特征波长。
55.如权利要求53的方法，其进一步包括基于探测到的荧光寿命而判定所述样本的至少一个性质。
56.如权利要求55的方法，其进一步包括：
产生所述样本的区域的电子影像；以及
在所述影像中指示基于荧光寿命的至少一个特性。
57.如权利要求38至40中任意一项的方法，其进一步包括：
用来自所述半导体二极管的光脉冲照射样本；以及
在单一光电探测器的单一电荷累积间隔期间，用所述单一光电探测器将从所述样本向后散射的光子的到达时间区别成至少两个时间仓。
58.如权利要求57的方法，其进一步包括基于所区别的到达时间而产生所述样本的电子三维影像。
59.一种荧光寿命分析系统，其包括：
半导体二极管，配置为发射光；
驱动电路，配置为将双极电流脉冲施加至所述半导体二极管，从而产生光脉冲；
光学系统，布置为将所述光脉冲递送至样本；以及
光电探测器，配置为在所述光电探测器的单一电荷累积间隔期间将光子到达时间区别成至少两个时间仓。
60.如权利要求59的系统，其进一步包括脉冲发生器，所述脉冲发生器布置成将电脉冲提供至电流驱动电路，其中电流驱动电路配置为响应于接收到所述电脉冲而将双极脉冲施加至所述半导体二极管。
61.如权利要求60的系统，其中所述电脉冲是具有介于50ps与2ns之间的持续时间的单极脉冲。
62.如权利要求60或61的系统，其中所述电流驱动电路包括晶体管，所述晶体管具有耦接至来自所述脉冲发生器的输出端的栅极端子，且具有连接于所述半导体二极管的端子与参考电势之间的载流端子。
63.如权利要求62的系统，其进一步包括：
第一电阻器及第一电容器，所述第一电阻器及第一电容器并联连接于所述半导体二极管的阳极与阴极之间；以及
第二电阻器及第二电容器，所述第二电阻器及第二电容器并联连接于所述晶体管的栅极端子与参考电势之间。
64.如权利要求59至61中任意一项的系统，其中所述半导体二极管包括激光器二极管或发光二极管。
65.如权利要求59至61中任意一项的系统，其进一步包括连接至所述半导体二极管的端子的多个接合导线。
66.如权利要求59至61中任意一项的系统，其中所述光脉冲具有介于50ps与500ps之间的半峰全宽持续时间。
67.如权利要求59至61中任意一项的系统，其中所述光脉冲具有选自以下群组之一的特征波长：270nm、280nm、325nm、340nm、370nm、380nm、400nm、405nm、410nm、450nm、465nm、470nm、490nm、515nm、640nm、665nm、808nm及980nm。
68.如权利要求59至61中任意一项的系统，其进一步包括所述光电探测器所处的光电探测器阵列，所述光电探测器阵列配置为在所述光脉冲的单一电荷累积间隔期间对来自所述样本的荧光进行时间分仓。
69.如权利要求68的系统，其进一步包括位于所述样本与所述光电探测器阵列之间的成像光学器件，其中所述成像光学器件布置为形成由所述光脉冲照射的所述样本在所述光电探测器阵列处的区域的影像。
70.如权利要求69的系统，其中在所述光电探测器阵列处形成的所述影像是所述样本的显微区域的影像。
71.一种脉冲光源，其包括：
半导体二极管，配置为发射光；
第一逻辑门，配置为在所述第一逻辑门的输出端处形成第一脉冲；
驱动电路，耦接至所述第一逻辑门，其中所述驱动电路配置为接收所述第一脉冲且回应于接收到所述第一脉冲而将双极电脉冲施加至所述半导体二极管以产生光脉冲。
72.如权利要求71的脉冲光源，其中所述第一脉冲是单极脉冲。
73.如权利要求72的脉冲光源，其进一步包括耦接至所述第一逻辑门的扇出门及延迟组件，其中所述延迟组件使来自所述扇出门的至少一个输出延迟。
74.如权利要求73的脉冲光源，其中所述延迟组件配置为使所述单极脉冲的脉冲长度以介于1ps与5ps之间的增量变化。
75.如权利要求71至74中任意一项的脉冲光源，其中所述第一逻辑门配置为由两个差分时钟信号形成所述第一脉冲。
76.如权利要求71至74中任意一项的脉冲光源，其中所述双极电脉冲包括具有第一量值及第一极性的第一脉冲，所述第一脉冲续接着具有相反极性的第二脉冲，所述第二脉冲具有不同于所述第一量值的第二量值。
77.如权利要求76的脉冲光源，其中所述第二量值介于所述第一量值的25％与90％之间。
78.如权利要求71至74中任意一项的脉冲光源，其进一步包括连接至所述半导体二极管的端子的多个接合导线。
79.如权利要求75的脉冲光源，其进一步包括第二逻辑门，所述第二逻辑门配置为由所述两个差分时钟信号形成第二脉冲，其中所述第二逻辑门与所述第一逻辑门并联连接且所述第二逻辑门的输出端耦接至所述驱动电路。
80.如权利要求71至74中任意一项的脉冲光源，其进一步包括处于所述驱动电路内的晶体管，所述晶体管具有连接于所述半导体二极管与参考电势之间的载流端子。
81.如权利要求80的脉冲光源，其中所述光脉冲具有介于50ps与2ns之间的持续时间。
82.一种脉冲光源，其包括：
半导体二极管，配置为发射光；以及
驱动电路，包含耦接至所述半导体二极管的端子的晶体管，其中所述驱动电路配置为接收单极脉冲且回应于接收到所述单极脉冲而将双极电脉冲施加至所述半导体二极管，其中所述晶体管与所述半导体二极管并联连接于电流源与参考电势之间。
83.如权利要求82的脉冲光源，其进一步包括并联连接于所述半导体二极管与所述参考电势之间的电阻器及电容器。
84.如权利要求82的脉冲光源，其中所述晶体管配置为正常导通且用所述单极脉冲进行脉冲式关断。
85.如权利要求82至84中任意一项的脉冲光源，其进一步包括：
光电探测器阵列，所述光电探测器阵列具有多个像素，所述多个像素各自配置为在单一电荷累积间隔期间将光子到达时间区别成至少两个时间仓；以及
光学系统，配置为在所述光电探测器阵列上形成由所述脉冲光源照射的对象的影像。
86.一种脉冲光源，其包括：
半导体二极管，配置为发射光；以及
多个第一电路分支，连接至所述半导体二极管的第一端子，每一电路分支皆包括晶体管，所述晶体管具有连接于参考电势与所述半导体二极管的第一端子之间的其载流端子。
87.如权利要求86的脉冲光源，其中所述多个第一电路分支中的第一电路分支的第一参考电势具有不同于多个第一电路分支中的第二电路分支的第二参考电势的值。
88.如权利要求86的脉冲光源，其中多个第一电路分支中的第一电路分支的第一参考电势具有正值，且所述多个第一电路分支中的第二电路分支中的第二参考电势具有负值。
89.如权利要求86的脉冲光源，其进一步包括处于每一电路分支中的电阻器，所述电阻器连接于所述晶体管的载流端子与所述参考电势之间。
90.如权利要求86的脉冲光源，其进一步包括处于每一电路分支中的电容器，所述电容器连接于所述晶体管的载流端子与接地电势之间。
91.如权利要求86至89中任意一项的脉冲光源，其进一步包括：
光电探测器阵列，所述光电探测器阵列具有多个像素，所述多个像素各自配置为在单一电荷累积间隔期间将光子到达时间区别成至少两个时间仓；以及
光学系统，布置成在所述光电探测器阵列上形成由所述脉冲光源照射的对象的影像。
92.一种脉冲光源，其包括：
射频放大器，提供信号及反相信号；
逻辑门，配置为接收所述信号及相移的反相信号且输出脉冲及反相脉冲；
合路器，配置为将所述脉冲及所述反相脉冲合路至共同输出端上；以及
半导体二极管，耦接至所述共同输出端且配置为响应于接收到所述脉冲及所述反相脉冲而产生光脉冲。
93.如权利要求92的脉冲光源，其进一步包括可变衰减器，所述可变衰减器布置成使所述脉冲或所述反相脉冲衰减。
94.如权利要求92的脉冲光源，其进一步包括延迟组件，所述延迟组件布置成使所述脉冲或所述反相脉冲在时间上延迟。
95.如权利要求92的脉冲光源，其进一步包括连接至所述射频放大器的输入端的DC区块。
96.如权利要求92至95中任意一项的脉冲光源，其进一步包括：
光电探测器阵列，所述光电探测器阵列具有多个像素，所述多个像素各自配置为在单一电荷累积间隔期间将光子到达时间区别成至少两个时间仓；以及
光学系统，配置为在所述光电探测器阵列上形成由所述脉冲光源照射的对象的影像。
97.一种脉冲光源，其包括：
射频逻辑门，配置为接收第一信号及所述第一信号的反相版本，且输出脉冲及所述脉冲的反相版本；以及
半导体二极管，连接至所述射频逻辑门且布置成在所述半导体二极管的第一端子处接收所述脉冲并在所述半导体二极管的第二端子处接收所述脉冲的反相版本，且发射光脉冲。
98.如权利要求97的脉冲光源，其进一步包括：
第一放大器，布置成接收周期信号且输出所述第一信号及所述第一信号的反相版本；以及
移相器，配置为使所述第一信号或所述第一信号的反相版本的相位变化。
99.如权利要求97或98的脉冲光源，其进一步包括：
光电探测器阵列，所述光电探测器阵列具有多个像素，所述多个像素各自配置为在单一电荷累积间隔期间将光子到达时间区别成至少两个时间仓；以及
光学系统，布置成在所述光电探测器阵列上形成由所述脉冲光源照射的对象的影像。
Applications Claiming Priority (13)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201562164506P | 2015-05-20 | 2015-05-20 | |
| US201562164464P | 2015-05-20 | 2015-05-20 | |
| US201562164485P | 2015-05-20 | 2015-05-20 | |
| US62/164,506 | 2015-05-20 | ||
| US62/164,485 | 2015-05-20 | ||
| US62/164,464 | 2015-05-20 | ||
| US14/821,656 | 2015-08-07 | ||
| US14/821,656 US9759658B2 (en) | 2014-08-08 | 2015-08-07 | Integrated device for temporal binning of received photons |
| US201662296546P | 2016-02-17 | 2016-02-17 | |
| US62/296,546 | 2016-02-17 | ||
| US201662310398P | 2016-03-18 | 2016-03-18 | |
| US62/310,398 | 2016-03-18 | ||
| PCT/US2016/033585 WO2016187566A2 (en) | 2015-05-20 | 2016-05-20 | Optical sources for fluorescent lifetime analysis |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107851965A true CN107851965A (zh) | 2018-03-27 |
| CN107851965B CN107851965B (zh) | 2021-01-05 |
Family
ID=57320813
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201680043129.8A Active CN107851965B (zh) | 2015-05-20 | 2016-05-20 | 用于荧光寿命分析的光源 |
Country Status (11)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (2) | EP3298666B1 (zh) |
| JP (2) | JP7078398B2 (zh) |
| KR (1) | KR102516593B1 (zh) |
| CN (1) | CN107851965B (zh) |
| AU (2) | AU2016264739B2 (zh) |
| BR (1) | BR112017024605B1 (zh) |
| CA (1) | CA2986155A1 (zh) |
| HK (1) | HK1252482A1 (zh) |
| MX (2) | MX2017014819A (zh) |
| TW (1) | TWI709743B (zh) |
| WO (1) | WO2016187566A2 (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109884685A (zh) * | 2019-03-27 | 2019-06-14 | 苏州大学 | 一种用于对闪烁体发光强度进行刻度的替代光源装置 |
| CN112424587A (zh) * | 2018-06-15 | 2021-02-26 | 宽腾矽公司 | 用于具有脉冲光源的先进分析仪器的数据采集控制 |
Families Citing this family (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017015580A1 (en) | 2015-07-23 | 2017-01-26 | Artilux Corporation | High efficiency wide spectrum sensor |
| TW202335281A (zh) | 2015-08-04 | 2023-09-01 | 光程研創股份有限公司 | 光感測系統 |
| US10761599B2 (en) | 2015-08-04 | 2020-09-01 | Artilux, Inc. | Eye gesture tracking |
| US10861888B2 (en) | 2015-08-04 | 2020-12-08 | Artilux, Inc. | Silicon germanium imager with photodiode in trench |
| US10707260B2 (en) | 2015-08-04 | 2020-07-07 | Artilux, Inc. | Circuit for operating a multi-gate VIS/IR photodiode |
| EP3783656B1 (en) | 2015-08-27 | 2023-08-23 | Artilux Inc. | Wide spectrum optical sensor |
| US10886309B2 (en) | 2015-11-06 | 2021-01-05 | Artilux, Inc. | High-speed light sensing apparatus II |
| US10741598B2 (en) | 2015-11-06 | 2020-08-11 | Atrilux, Inc. | High-speed light sensing apparatus II |
| US10254389B2 (en) | 2015-11-06 | 2019-04-09 | Artilux Corporation | High-speed light sensing apparatus |
| US10739443B2 (en) | 2015-11-06 | 2020-08-11 | Artilux, Inc. | High-speed light sensing apparatus II |
| US10418407B2 (en) | 2015-11-06 | 2019-09-17 | Artilux, Inc. | High-speed light sensing apparatus III |
| FR3054331B1 (fr) * | 2016-07-20 | 2022-07-29 | Irisiome | Systeme de generation d'impulsions lumineuses breves ou ultra-breves |
| JP7064315B2 (ja) * | 2017-11-07 | 2022-05-10 | オリンパス株式会社 | 光検出装置およびレーザ走査型顕微鏡 |
| DE102018103518B3 (de) * | 2018-02-16 | 2019-07-11 | Forschungsverbund Berlin E.V. | Schaltung, System zur Entfernungsbestimmung und ein Fahrzeug |
| US11482553B2 (en) | 2018-02-23 | 2022-10-25 | Artilux, Inc. | Photo-detecting apparatus with subpixels |
| US11105928B2 (en) | 2018-02-23 | 2021-08-31 | Artilux, Inc. | Light-sensing apparatus and light-sensing method thereof |
| JP6975341B2 (ja) | 2018-02-23 | 2021-12-01 | アーティラックス・インコーポレイテッド | 光検出装置およびその光検出方法 |
| WO2019199691A1 (en) | 2018-04-08 | 2019-10-17 | Artilux, Inc. | Photo-detecting apparatus |
| DE102018108910B3 (de) | 2018-04-16 | 2019-07-04 | Elmos Semiconductor Aktiengesellschaft | Lichtquelle für kurze LED-Lichtpulse und Verfahren zur Erzeugung von Lichtpulsen |
| US10854770B2 (en) | 2018-05-07 | 2020-12-01 | Artilux, Inc. | Avalanche photo-transistor |
| US10969877B2 (en) | 2018-05-08 | 2021-04-06 | Artilux, Inc. | Display apparatus |
| WO2019220863A1 (ja) * | 2018-05-14 | 2019-11-21 | 国立大学法人東京農工大学 | 光パルス対生成装置、光検出装置、および光検出方法 |
| TW202401933A (zh) * | 2018-07-08 | 2024-01-01 | 美商光程研創股份有限公司 | 發光裝置 |
| CN112771736A (zh) * | 2018-09-26 | 2021-05-07 | Asml荷兰有限公司 | 在光刻系统中提供高精度延迟的装置和方法 |
| TWI687898B (zh) | 2018-11-23 | 2020-03-11 | 宏碁股份有限公司 | 影像正規化方法及影像處理裝置 |
| CN116504856A (zh) | 2019-08-28 | 2023-07-28 | 光程研创股份有限公司 | 具有低暗电流的光侦测装置 |
| US20220178873A1 (en) * | 2020-12-07 | 2022-06-09 | Academia Sinica | Dual function electro-optical silicon field-effect transistor molecular sensor |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4295226A (en) * | 1980-07-02 | 1981-10-13 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | High speed driver for optoelectronic devices |
| EP0542480A2 (en) * | 1991-11-13 | 1993-05-19 | AT&T Corp. | High-speed driver for an LED communication system or the like |
| JPH05275780A (ja) * | 1992-03-27 | 1993-10-22 | Topcon Corp | パルスレーザドライバの保護回路 |
| CN1242884A (zh) * | 1997-01-23 | 2000-01-26 | Vega格里沙贝两合公司 | 微波脉冲发生器 |
| US20100327762A1 (en) * | 2009-06-29 | 2010-12-30 | Tai-Her Yang | Lighting device with optical pulsation suppression by polyphase-driven electric energy |
| CN104078839A (zh) * | 2014-06-26 | 2014-10-01 | 中国科学院半导体研究所 | 基于波导耦合微盘光子分子激光器的光脉冲同步信号源 |
Family Cites Families (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6317581A (ja) * | 1986-07-10 | 1988-01-25 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 発光素子の駆動回路 |
| EP0472318A3 (en) * | 1990-08-06 | 1994-08-10 | At & T Corp | Led pulse shaping circuit |
| JP2000155052A (ja) * | 1998-09-14 | 2000-06-06 | Agency Of Ind Science & Technol | 光パルス入力型高速ジョセフソンサンプリング測定回路 |
| JP3314772B2 (ja) * | 1999-09-01 | 2002-08-12 | 日本電気株式会社 | 光パルス発生装置及びそれを用いた光クロック抽出装置と光クロック分周装置と光クロック抽出分周装置 |
| EP1317035A1 (en) * | 2001-11-29 | 2003-06-04 | Hitachi Ltd. | Optical pulse generator |
| GB2382648B (en) * | 2001-12-11 | 2003-11-12 | Amersham Pharm Biotech Uk Ltd | System and method for time correlated multi-photon counting measurements |
| DE10323669A1 (de) * | 2003-05-14 | 2004-12-02 | Atmel Germany Gmbh | Treiberschaltung zum Betreiben eines elektronischen Bauteils |
| US20050048539A1 (en) * | 2003-06-13 | 2005-03-03 | The General Hospital Corporation | Methods to monitor molecule conformation and molecule/molecule proximity |
| JP4398331B2 (ja) * | 2003-09-25 | 2010-01-13 | パナソニック株式会社 | レーザ駆動装置、光ディスク装置、レーザ駆動方法およびレーザ駆動用集積回路 |
| US20060029110A1 (en) * | 2004-08-03 | 2006-02-09 | Imra America, Inc. | Cavity monitoring device for pulse laser |
| KR100701006B1 (ko) * | 2005-05-31 | 2007-03-29 | 한국전자통신연구원 | 포물선 도파로형 평행광 렌즈 및 이를 포함한 파장 가변외부 공진 레이저 다이오드 |
| IE20060447A1 (en) * | 2006-06-14 | 2009-04-15 | Nat Univ Ireland | Solid-state fluorescent analyser |
| GB2447254B (en) * | 2007-03-01 | 2009-10-14 | Toshiba Res Europ Ltd | A photon detector |
| US7873085B2 (en) * | 2007-10-23 | 2011-01-18 | Andrei Babushkin | Method and device for controlling optical output of laser diode |
| JP2010028751A (ja) * | 2008-07-24 | 2010-02-04 | Toshiba Corp | コンプリメンタリー光配線装置 |
| JP2010204006A (ja) * | 2009-03-05 | 2010-09-16 | Anritsu Corp | 光信号モニタ装置及び該装置のサンプリング周波数調整方法 |
| JP5415805B2 (ja) * | 2009-03-31 | 2014-02-12 | オリンパスメディカルシステムズ株式会社 | 診断支援装置 |
| JP5276025B2 (ja) * | 2010-01-07 | 2013-08-28 | 古河電気工業株式会社 | 半導体レーザ駆動用電気パルス発生装置 |
| JP2011185842A (ja) * | 2010-03-10 | 2011-09-22 | Fujifilm Corp | 光誘起自家蛍光の時間分解測定による生物試料の低酸素領域分析方法とその装置 |
| CN102448211A (zh) * | 2010-09-30 | 2012-05-09 | 富准精密工业(深圳)有限公司 | 发光二极管驱动电路 |
| DE102011114874A1 (de) * | 2011-09-30 | 2013-04-04 | Carl Zeiss Microscopy Gmbh | Auswerteschaltung für einen optoelektronischen Detektor und Verfahren zum Aufzeichnen von Fluoreszenzereignissen |
| DE102011055330A1 (de) * | 2011-11-14 | 2013-05-16 | Leica Microsystems Cms Gmbh | Verfahren zum Messen der Lebensdauer eines angeregten Zustandes in einer Probe |
| JP6163308B2 (ja) * | 2013-02-04 | 2017-07-12 | スペクトロニクス株式会社 | 短光パルス発生装置 |
-
2016
- 2016-05-20 KR KR1020177036581A patent/KR102516593B1/ko active IP Right Grant
- 2016-05-20 EP EP16727903.3A patent/EP3298666B1/en active Active
- 2016-05-20 CN CN201680043129.8A patent/CN107851965B/zh active Active
- 2016-05-20 JP JP2017560257A patent/JP7078398B2/ja active Active
- 2016-05-20 TW TW105115897A patent/TWI709743B/zh active
- 2016-05-20 AU AU2016264739A patent/AU2016264739B2/en active Active
- 2016-05-20 EP EP21217400.7A patent/EP4050886A1/en active Pending
- 2016-05-20 BR BR112017024605-8A patent/BR112017024605B1/pt active IP Right Grant
- 2016-05-20 WO PCT/US2016/033585 patent/WO2016187566A2/en active Application Filing
- 2016-05-20 CA CA2986155A patent/CA2986155A1/en not_active Abandoned
- 2016-05-20 MX MX2017014819A patent/MX2017014819A/es unknown
-
2017
- 2017-11-17 MX MX2022001620A patent/MX2022001620A/es unknown
-
2018
- 2018-09-13 HK HK18111790.9A patent/HK1252482A1/zh unknown
-
2021
- 2021-12-09 AU AU2021282505A patent/AU2021282505A1/en not_active Abandoned
-
2022
- 2022-05-19 JP JP2022082311A patent/JP2022126643A/ja active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4295226A (en) * | 1980-07-02 | 1981-10-13 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | High speed driver for optoelectronic devices |
| EP0542480A2 (en) * | 1991-11-13 | 1993-05-19 | AT&T Corp. | High-speed driver for an LED communication system or the like |
| JPH05275780A (ja) * | 1992-03-27 | 1993-10-22 | Topcon Corp | パルスレーザドライバの保護回路 |
| CN1242884A (zh) * | 1997-01-23 | 2000-01-26 | Vega格里沙贝两合公司 | 微波脉冲发生器 |
| US20100327762A1 (en) * | 2009-06-29 | 2010-12-30 | Tai-Her Yang | Lighting device with optical pulsation suppression by polyphase-driven electric energy |
| CN104078839A (zh) * | 2014-06-26 | 2014-10-01 | 中国科学院半导体研究所 | 基于波导耦合微盘光子分子激光器的光脉冲同步信号源 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| WILFRIED UHRING ETC.: "A low cost high repetition rate picosecond laser diode pulse generator.", 《PROCEEDINGS OF SPIE》 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112424587A (zh) * | 2018-06-15 | 2021-02-26 | 宽腾矽公司 | 用于具有脉冲光源的先进分析仪器的数据采集控制 |
| CN109884685A (zh) * | 2019-03-27 | 2019-06-14 | 苏州大学 | 一种用于对闪烁体发光强度进行刻度的替代光源装置 |
| CN109884685B (zh) * | 2019-03-27 | 2024-05-10 | 苏州大学 | 一种用于对闪烁体发光强度进行刻度的替代光源装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BR112017024605A2 (pt) | 2018-07-31 |
| JP7078398B2 (ja) | 2022-05-31 |
| WO2016187566A3 (en) | 2016-12-29 |
| CN107851965B (zh) | 2021-01-05 |
| WO2016187566A2 (en) | 2016-11-24 |
| KR102516593B1 (ko) | 2023-04-03 |
| BR112017024605B1 (pt) | 2022-11-16 |
| TWI709743B (zh) | 2020-11-11 |
| EP4050886A1 (en) | 2022-08-31 |
| AU2021282505A1 (en) | 2022-01-06 |
| AU2016264739B2 (en) | 2021-09-09 |
| CA2986155A1 (en) | 2016-11-24 |
| TW201723466A (zh) | 2017-07-01 |
| KR20180008778A (ko) | 2018-01-24 |
| EP3298666B1 (en) | 2021-12-29 |
| HK1252482A1 (zh) | 2019-05-24 |
| EP3298666A2 (en) | 2018-03-28 |
| JP2022126643A (ja) | 2022-08-30 |
| JP2018518670A (ja) | 2018-07-12 |
| AU2016264739A1 (en) | 2017-12-14 |
| MX2017014819A (es) | 2018-05-01 |
| MX2022001620A (es) | 2022-03-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107851965A (zh) | 用于荧光寿命分析的光源 | |
| US20230152224A1 (en) | Optical sources for fluorescent lifetime analysis | |
| AU2021282473B2 (en) | Pulsed laser and bioanalytic system | |
| US11466316B2 (en) | Pulsed laser and bioanalytic system | |
| US9617594B2 (en) | Pulsed laser and bioanalytic system | |
| Birkedal et al. | Long lived coherence in self-assembled quantum dots | |
| US20210277463A1 (en) | Pulsed laser and bioanalytic system | |
| JP6535837B2 (ja) | タイミングダイアグラム及びレーザ誘導性アップセットの同時取得のための同期パルスｌａｄａ | |
| TW201734452A (zh) | 用於生命期成像及偵測應用之感測器及裝置 | |
| Nahman | Picosecond-domain waveform measurement: Status and future directions | |
| Henrich | The potential of semiconductor lasers for STED nanoscopy | |
| Malko et al. | Correlated photon emission from semiconductor quantum dots grown in inverted pyramids | |
| Matthews et al. | Time-resolved fluorescence measurements using self-pulsing 650-nm laser diodes | |
| Elson et al. | 5-D fluorescence imaging using an all-solid-state diode-pumped laser system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |