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弱光瞬态成像,解锁看不见的超快世界|ICCD与ICMOS支撑前沿光电探测

2026-08-24

导语

现代光电科学的大量核心研究对象,往往是人类肉眼完全无法直接观测的物理与化学过程。等离子体放电演化、燃烧场瞬态反应、激光诱导等离子体、物质超快相变、荧光分子寿命衰减、量子光学微弱关联光子信号……

这类现象普遍具备两大极端特征

1.时间极短多数过程仅存续纳秒至皮秒量级,转瞬即逝、难以捕捉;

2.光信号强度极弱有效目标信号长期被环境背景光、激光杂散光等强噪声覆盖,有效信息难以提取。

在此背景下,增强型门控成像技术成为弱光、超快、瞬态探测领域的核心关键技术。其中,ICCD、ICMOS相机凭借独特的技术优势,成为当前覆盖基础科研、高端工业、国防安全、生物医学全场景的主流核心探测设备。

 一、ICCD与ICMOS核心能力:突破传统成像设备的技术瓶颈

1.单光子级超高探测灵敏度,实现极弱信号放大成像

设备采用"光电阴极 + 微通道板(MCP)+ 荧光屏 + 后端传感器(CCD/CMOS)"四级核心架构,颠覆了普通相机单纯依赖芯片成像的逻辑。这是传统成像设备完全不具备的核心优势,可精准捕捉各类被噪声掩盖的超微弱光信号。

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图2|像增强型相机四级信号链路:光电阴极→微通道板(MCP)→荧光屏→光纤锥耦合CCD/CMOS


2.皮秒级光学门控,精准锁定超快瞬态过程

传统CCD/CMOS只有电子快门,最快仅能达到微秒(μs)级别。在纳秒激光等离子体实验中,普通相机会被激光杂光、连续辐射曝光饱和,完全拍不到等离子体演化细节。而ICCD/ICMOS具备皮秒–纳秒级真实光学门控,最短门控可达200 ps可精准锁定超快过程的某一纳秒瞬间,主动屏蔽所有无效背景光。这是普通相机在物理层面无法实现的功能。

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二、全场景应用布局-四大核心领域破解瞬态弱光难题

1.基础科研领域(前沿瞬态研究核心主力设备)

典型应用场景包括:PLIF平面激光诱导荧光燃烧场诊断、纳秒激光等离子体动力学演化观测、等离子体放电与冲击波瞬态成像、冲击与爆轰超快过程记录、超快化学反应动力学成像、量子关联光子成像、时间分辨LIBS激光诱导击穿光谱、时间分辨拉曼光谱成像、瞬态吸收光谱测试等。

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2. 工业检测领域(高端智能制造工艺质控核心装备)

典型应用场景包括:激光焊接、激光刻蚀、激光增材制造、激光清洗等激光加工瞬态过程监测;高压设备电晕放电微弱成像;半导体晶圆缺陷微光检测、光伏组件EL缺陷检测;精密器件微区弱光检测、工业瞬态光谱分析设备集成等。

3.国防与安全领域(特种微光与抗干扰瞬态探测)

典型应用场景包括:距离选通远距离微光成像、激光雷达探测成像、导弹尾焰瞬态光谱与形貌分析、风洞流场可视化测试、紫外告警成像测试、高能激光效应评估、危爆物远距离光谱检测、隐蔽目标微弱信号探测、复杂夜间战场环境杂光抑制成像等。

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4.生物医学领域(超弱荧光与微观生命动态成像)

典型应用场景包括:FLIM荧光寿命成像、细胞动态演化观测、生物超弱发光成像、活体组织微光检测、生物分子荧光标记成像、药物反应动态追踪、微观生物动力学过程记录等。

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三.ICCD与ICMOS核心定位差异:同源技术互为补充、覆盖全场景需求


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1.ICCD(像增强型CCD):

极致成像性能,高端科研专属目前行业ICCD搭载低噪声CCD读出芯片,具备更低的读出噪声、更优异的成像均匀性与极限弱光信噪比,是行业公认的高端瞬态定量成像主流设备。核心优势集中在高精度、高稳定性、高信噪比成像,适合对实验数据精度、图像质量、定量分析要求严苛的前沿基础科研。

2.ICMOS(像增强型CMOS):高集成通用型,科研工业双向落地

ICMOS 采用高性能 CMOS 读出芯片,兼具 CMOS 高分辨率、高帧频、低功耗、体积小巧等优势,机身紧凑易集成,开放二次开发空间。对比 ICCD,ICMOS 暗电流略逊一筹,但读出噪声指标更优,综合性能均衡稳定设备既可支撑常规瞬态科研试验,也能批量搭载至工业、安防、生物医学检测仪器中,助力科研成果产业化应用。

四、中科原子自研产品矩阵:国产化ICCD & ICMOS全系列解决方案

1.  中科原子科学级ICCD相机

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专为严苛前沿科研场景定制研发,搭载自研高性能像增强器,支持多类型光电阴极选配,覆盖紫外–可见光–近红外全波段光谱响应。最短光学门控可达200 ps,系统时序同步精度高达10 ps级别,支持大动态范围增益调节,实现单光子级极限微弱信号探测。

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2.中科原子科学级ICMOS相机

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科研工业集成型像增强门控相机,搭载高性能sCMOS/CMOS读出芯片,通过光纤光锥将CMOS图像传感器与像增强器直接耦合。分为制冷型与非制冷型两大机型,兼顾优异探测性能与极强工程集成能力,适配科研常规实验、工业设备集成、批量落地场景,综合性价比优异。

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3.中科原子增强型工业相机

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量产级精密探测装备,基于自研像增强门控技术优化迭代,强化工业工况稳定性、抗干扰性与量产适配能力。支持200 nm–900 nm宽波段弱光成像,光学门控提供500 ps、3 ns真实光学门宽可选,并支持Windows/Linux双系统SDK,主打高性价比与全天候连续工作性能,可根据工况定制相机整机与像管配置。

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中科原子——深耕像增强探测技术,持续拓宽光子视觉边界

从微观超快科研机理探索,到高端工业精密质控,再到国防特种探测、生物医学微观研究,瞬态弱光成像技术已经成为多领域创新发展的核心支撑。

中科原子深耕像增强探测核心技术,持续迭代优化ICCD、ICMOS两大核心产品系列,凭借全链条自研能力与场景化定制优势,为国内科研、工业、国防、生物医药领域提供高可靠、国产化的瞬态弱光探测整体解决方案。无论用户有超快时间分辨探测、高帧率高清成像、定制化场景适配等各类需求,均可提供精准匹配的产品方案与专业技术支持。


中科原子致力于推动低光感知技术的边界。