Массивы однофотонных лавинных диодов для рамановской спектроскопии с временным разрешением

По смещению рамановских пиков можно восстановить молекулярный спектр-отпечаток и различать молекулы без мечения и подготовки образца. Рамановская спектроскопия с временным разрешением эффективно подавляет интенсивный флуоресцентный фон, используя различие временных характеристик этих процессов: рамановские фотоны рассеиваются почти мгновенно, тогда как затухание флуоресценции происходит в течение наносекунд. Сочетание коротких лазерных импульсов с детекторами, работающими в режиме временного стробирования, позволяет регистрировать только фотоны, синхронные с импульсом, и тем самым отсекать флуоресцентные фотоны. В этом обзоре вопросы временного стробирования рассматриваются с точки зрения сенсора; массивы однофотонных лавинных диодов (SPAD) названы наиболее подходящими однофотонными детекторами для быстрого и точного стробирования без громоздких, сложных или дорогостоящих систем. Сначала рассматриваются требования к оптимальным массивам SPAD для рамановской спектроскопии, в частности рекомендации по проектированию встроенной в кристалл электроники обработки сигналов. Затем представлены существующие архитектуры на основе SPAD и особые режимы их работы, полезные для рамановской спектроскопии. Наконец, выделены ключевые аспекты создания ультрабыстрых рамановских систем и высокоинтегрированных сенсоров, способных без искажений выявлять рамановские пики на множестве пикселей.