TPX3CAM- Une caméra optique rapide pour l’horodatage nanoseconde des photons

    La caméra optique rapide TPX3CAM est dédiée à l’horodatage des photons optiques. Elle est basée sur une nouvelle génération de capteur dit pixels-hybride en Silicium qui, en combinaison avec l’ASIC Timepix3 de lecture, convient à une large gamme d’applications nécessitants une imagerie résolue en temps d’électrons, d’ions ou de photons uniques.

    La caméra TPX3CAM peut être facilement intégrée dans des équipements de laboratoire, des environnements de type synchrotron ou des lasers à électrons libres.

La TPX3CAM est capable d’imager et d’horodater simultanément des impulsions lumineuses de plus de 1000 photons avec une haute efficacité quantique dans la gamme de longueurs d’onde de 400 à 1000 nm. Elle peut enregistrer efficacement les ions frappant une MCP (Plaque à micro-canaux) dans la configuration VMI (Cartographie de vitesse). Le MCP est couplé à un écran Phosphore rapide P47, qui produit des impulsions lumineuses en réponse aux ions frappant le MCP. La TPX3CAM, placée à l’extérieur du vide, peut détecter les impulsions lumineuses sur l’écran Phosphore. Adaptation de Zhao et. al, Review of Scientific Instruments 88, 113104 (2017).

Spectre de masse ionique TOF de CH2IBr enregistré avec la TimepixCam, avec une génération précédente de caméra sur la ligne de lumière FLASH du Synchrotron Allemand de Hambourg. Imagerie après une ionisation à champ fort avec une impulsion laser intense et les images de la caméra pour chaque pic du spectre TOF.
Adaptation de M.Fisher-Levine et al, J. Synchrotron Rad. (2018) 25, 336-345.

Imagerie ionique et électronique

Les applications de la caméra TPX3CAM comprennent l’imagerie spatiale et la cartographie de vitesse des ions en spectroscopie de masse par temps de vol, l’imagerie par coïncidence des ions et des électrons, et autres types de spectroscopie par imagerie avec résolution temporelle.
La TPX3CAM est capable de détecter et d’horodater les frappes ioniques avec une résolution temporelle de 1,6 ns, ce qui permet d’enregistrer simultanément des images d’impulsion ionique pour toutes les espèces d’ions et d’éviter d’avoir à configurer le détecteur sur une seule espèce. Cette conception de capteur unique est simple, flexible et capable de mesures hautement différentielles.

Imagerie à photon unique

La version avec intensificateur de lumière de la caméra TPX3CAM peut être sensible à un photon unique. Dans cette configuration, la TPX3CAM est utilisée en combinaison avec un intensificateur de lumière intégré sur la caméra.
Les applications incluent l’imagerie par comptage de photons uniques corrélés sur une large gamme de temps (TCSPC), l’imagerie phosphorescente de temps de vie (PLIM), et toutes les applications nécessitant une imagerie à photon unique avec résolution temporelle.

Image (a) Images de temps de vie de billes implantées avec différents composés Ir et plastiques fluorescents acquises avec la TimepixCam.
Image (b) Intensité en fonction du temps (décroissance de la phosphorescence) pour les zones A1-A4 indiquées en (a), avec des régressions mono-exponentielles à la décroissance de la phosphorescence et avec les résidus des régressions. Adapté de L. M. Hirvonen et al, Rev. Sci. Instrum. 88, 013104 (2017).

Avantages de la TPX3CAM

  • Détecteur Silicium à très haute sensibilité optique.
  • Gamme de longueur d’onde : 400-1000 nm.
  • Détection simultanée pour chaque pixel du temps (ToA, Time-of-Arrival) et de l’intensité (ToT, Time-over-Threshold).
  • Résolution temporelle de 1,6 ns, fréquence d’images effective > 500 MHz.
  • Lecture sans bruit et pilotée par les données jusqu’à 80 Mega-coups / seconde en Ethernet 10Gb/s.
  • Conception flexible des optiques en dehors du vide.