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Andor iStar sCMOS 增强型科学相机
04 成像相机 · Andor iStar 系列

iStar sCMOS

2560 × 2160 / 6.5 µm · 50 fps 全幅 · 4,008 fps ROI · 读出噪声 2.3 e⁻ · 门宽 <2 ns

50 fps 全幅2560 × 21602.3 e⁻ 读出噪声门宽 <2 nsUSB 3.0

产品简介

iStar 系列是 Andor 面向纳秒时间分辨光谱与成像的增强型相机平台,把高量子效率像增强器与 CCD / sCMOS 传感器经光纤耦合,兼顾 < 2 ns 真实光学门控、单光子级灵敏度与高读出速度。平台提供两条产品线:iStar ICCD(1024 × 255 / 1024 × 1024 / 2048 × 512 三种画幅,最高 3,571 spectra/s,USB 2.0)与 iStar sCMOS(2560 × 2160、6.5 µm 像元,50 fps 全幅、4,008 fps @2560 × 8,USB 3.0)。全系共用 Gen 2 / Gen 3 像增强器(W-AGT、WR、UW、WE-AGT、HVS、VIH、NIR、EVS 八类光电阴极,光谱覆盖 120–1100 nm)、集成三路输出数字延时发生器 DDG™(10 ps 步进、35 ps rms 抖动、插入延时 < 19 ns)、Integrate-On-Chip 500 kHz 门控与 Intelligate™(UV-VUV 开关比 1:10⁸)。

原文出处:原厂官网

核心特点

1

纳秒级真实光学门控

光电阴极真实光学门宽低至 < 2 ns(Ultrafast),配合 < 19 ns 插入延时与 35 ps rms 抖动,精确捕捉瞬态过程。

2

高 QE 像增强器 120–1100 nm

Gen 2 / Gen 3 共八类光电阴极,峰值 QE 最高 > 50%(HVS);UV-VUV 段有 UW / EVS 高响应选项;P43(2 ms)/ P46(200 ns)荧光屏可选。

3

IOC 500 kHz · 三路 DDG

Integrate-On-Chip 在一次曝光内累积 500,000 次门控信号,信噪比提升数百倍;板上 DDG™ 三路输出 0–10 s、10 ps 步进,激光 / 闪光灯精确同步。

4

高速读出 · 智能门控

ICCD 最高 5 MHz、3,571 spectra/s,Fast Kinetic 达 48,780 spectra/s(burst);sCMOS 50 fps 全幅、ROI 4,008 fps;Intelligate™ 使 UV 段开关比达 1:10⁸。

原文出处:原厂官网

主要技术参数

指标名称参数值
像增强器类型Gen 2 / Gen 3 光纤耦合(Ø18 / Ø25 mm)
光电阴极选项Gen2: W-AGT / W-AGT(MgF₂) / WR / UW / WE-AGT;Gen3: HVS / VIH / NIR / EVS
光谱覆盖120 – 1100 nm(视阴极型号)
峰值 QE最高 > 50%(Gen3 HVS);Gen2 UW > 25%
最短光学门宽< 2 ns(Ultrafast)/ < 5 ns(Fast)/ < 50–100 ns(High QE)
门控重复率500 kHz 连续(Intelligate™ 开启时 5 kHz)
插入延时 / 抖动< 19 ns(Direct Gate)/ 35 ps rms
DDG™ 延时0 ns – 10 s,10 ps 步进;三路输出 A / B / C
传感器前照式科学 CMOS(全局快门),2560 × 2160、6.5 µm
有效面积16.6 × 14.0 mm(Ø18 mm 增强器最佳匹配)
全幅帧率50 fps;4,008 fps(2560 × 8)
读出噪声2.3 e⁻ 中值(200 MHz)/ 2.4 e⁻(560 MHz)
满阱容量30,000 e⁻
制冷 / 暗电流0 ℃ / 0.18 e⁻/pix/s
数字化 / 数据12-bit(最快)/ 16-bit(最大动态范围),最高 32-bit 传输;USB 3.0
线性度99.8%
光谱 / 成像模式FVB、Crop、Fast Kinetic、IOC;多轨(最高 256 轨)、非对称片上 binning、成像 / 光谱 / 多轨三模式
平台特色高帧率 + 大靶面 + 片上多轨 + GPU Express / EPICS 集成
最佳场景高速动态过程、PLIF / PIV、高光谱与多点实验

数据出处:原厂官网

订货说明

iStar 为整机订货制,下单时必须同时确定:① ICCD 型号(320T / 334T / 340T)或 sCMOS;② 像增强器代数与光电阴极代码(如 18U-03 = Ø18 mm、Ultrafast 门控、W-AGT 阴极);③ 荧光屏 P43(2 ms)或 P46(200 ns);④ 增强器口径 Ø18 或 Ø25。像增强器为真空器件,出厂后不可更换,阴极选错只能整机返厂。

选型要点

1iStar sCMOS 和 ICCD 的本质差别

两者共用同一套 Gen 2 / Gen 3 像增强器与 < 2 ns 门控,差别在传感器:ICCD 是帧转移 CCD(100% 填充因子、5–7 e⁻ 读出噪声、100,000–500,000 e⁻ 满阱);sCMOS 是前照式科学 CMOS(2560 × 2160、2.3 e⁻ 中值、30,000 e⁻ 满阱、50 fps)。

怎么选要低噪声长累积、多轨 → ICCD;要 50 fps 高速动态、大靶面 → sCMOS

2sCMOS 的满阱只有 30,000 e⁻,会不会容易饱和

是。sCMOS 满阱 30,000 e⁻,只有 334T 的 30%。但它的读出噪声 2.3 e⁻ 也低一个量级,动态范围并未同比缩小;真正受限的是强光单发场景(如 LIBS 单脉冲)。

怎么选强光单发 → ICCD;连续高速过程(PLIF、燃烧)→ sCMOS

34,008 fps 是怎么来的

2560 × 8 的 ROI 下 4,008 fps;全幅 2560 × 2160 是 50 fps。降 ROI 换帧率是 sCMOS 的常规用法。

怎么选要看全场 → 50 fps 是上限;只测一条线或小区域 → 可用到千帧级

4sCMOS 能接哪些门控模式

与 ICCD 相同的 IOC、Intelligate™、Fast Kinetic 全支持,DDG™ 三路输出同步;接口换成 USB 3.0,支持 32-bit 传输与 GPU Express。

怎么选要长时序、多设备同步 → 看 DDG 三路够不够;要低延迟直读 → 走 Camera Link 或 GPU Express

常见问题

iStar sCMOS 与 ICCD 有什么差别?
共用同一套像增强器与 < 2 ns 门控;传感器换成 2560 × 2160 前照式 CMOS,50 fps 全幅、读出噪声 2.3 e⁻ 中值、满阱 30,000 e⁻。
iStar sCMOS 的帧率是多少?
全幅 2560 × 2160 为 50 fps;ROI 2560 × 8 可达 4,008 fps。
sCMOS 版本还需要液冷吗?
不需要。传感器工作在 0 ℃,暗电流 0.18 e⁻/pix/s;像增强器仍是光纤耦合的 Gen2 / Gen3。
iStar sCMOS 能做什么?
PLIF / PIV 流场、燃烧诊断、高光谱、多点并行实验等需要高帧率与大靶面的场景。

典型应用,文献可查

01 冷原子量子图像存储

基于冷原子系综的单光子级量子图像存储器

Single-photon-level quantum image memory based on cold atomic ensembles

Nature Communications · 2013 · DOI 10.1038/ncomms3527

实验配置冷原子系综 + 弱相干光(约 10⁴ 光子/脉冲);半波片把相对相位依次转到 22.5°、67.5°、112.5°、157.5°;Andor iStar 334T(1024 × 1024)记录输出光斑的空间形状。

为什么选择本型号?单光子级的四光斑图样要靠像增强器先把光子事件放大再读,334T 的 5 e⁻ 读出噪声保证了四个斑点的强度比可信——换成读出噪声十几电子的普通 CCD,比值会被噪声吃掉。

适用型号:iStar ICCD / sCMOS(同一套 Gen 2 / Gen 3 像增强器与 <2 ns 门控)

02 量子成像

液晶调控的电可调量子成像

Advancing quantum imaging: Electrical tunability enabled by versatile liquid crystal

Science Advances · 2026 · DOI 10.1126/sciadv.adz8962

实验配置Andor iStar DH334T-18U-73(有效像素 1024 × 1024、像元 13 × 13 µm),液晶器件温度以 1 ℃/min 速率控制。

为什么选择本型号?型号里的 18U-73 分别对应 Ø18 mm 增强器、Ultrafast 门控、VIH 阴极;量子成像在极弱光下重建图像,13 µm 像元与 1024² 画幅兼顾收集效率与空间分辨。

适用型号:iStar ICCD / sCMOS(同一套 Gen 2 / Gen 3 像增强器与 <2 ns 门控)

03 激光等离子体诊断

激光等离子体中羟基自由基的时间与空间分辨光谱

Laser-Plasma Spectroscopy of Hydroxyl with Applications

Molecules · 2020 · DOI 10.3390/molecules25040988

实验配置Nd:YAG 1064 nm、6 ns 脉宽、单脉冲最高 850 mJ;Czerny-Turner 光谱仪(HR640,0.64 m 焦距、1200 l/mm);Andor iStar DH334T-25U-03 做时间与空间分辨记录。

为什么选择本型号?OH 自由基寿命在纳秒到微秒量级,不切片就只能收到时间平均谱;DH334T 的 <2 ns 门控配 Ø25 mm 大阴极,一帧可同时收多条跃迁的多轨光谱。

适用型号:iStar ICCD / sCMOS(同一套 Gen 2 / Gen 3 像增强器与 <2 ns 门控)

04 超短脉冲激光烧蚀

电介质超短脉冲烧蚀阈值与击穿机制的光谱研究

Ultrashort pulse laser ablation of dielectrics: Thresholds, mechanisms, role of breakdown

Scientific Reports · 2016 · DOI 10.1038/srep39133

实验配置超短脉冲激光聚焦烧蚀电介质;等离子体发射谱用 Andor iStar DH334T 记录,最小时间分辨 3 ns,逐波长扫描成谱。

为什么选择本型号?烧蚀初期连续谱只持续几纳秒,随后才出现特征线;3 ns 的时间分辨刚好卡在这个转换点上。334T 的 Fast Kinetic 48,780 Hz 支持逐发采集,不必多次累积。

适用型号:iStar ICCD / sCMOS(同一套 Gen 2 / Gen 3 像增强器与 <2 ns 门控)

05 LIBS 元素分析

激光诱导击穿光谱结合化学计量学的土壤类型鉴别

Laser-Induced Breakdown Spectroscopy Coupled with Multivariate Chemometrics for Variety

Scientific Reports · 2016 · DOI 10.1038/srep27574

实验配置Nd:YAG 激光 + Mechelle 5000 中阶梯光谱仪(Andor)+ iStar DH340T-18F-03;DG645 延时发生器控制门控延时,XYZ 位移台逐点采样。

为什么选择本型号?中阶梯光谱仪一帧覆盖 200–900 nm 全谱,需要足够宽的像面——340T 的 2048 列正好铺满;门控延时避开击穿初期的连续谱,特征线才干净。

适用型号:iStar ICCD / sCMOS(同一套 Gen 2 / Gen 3 像增强器与 <2 ns 门控)

06 分子电子光谱

椭圆烯 S₂–S₀ 跃迁的重新归属

Electronic Spectroscopy of Ovalene: Reassignment of the S2(B3u)-S0(Ag) Transition

Journal of Physical Chemistry Letters · 2024 · DOI 10.1021/acs.jpclett.4c02494

实验配置355 nm 倍频 Nd:YAG 泵浦 OPO,发射光经 50 mm 透镜与光纤进 Andor Shamrock SR500i(2400 l/mm 全息光栅、色散倒数 0.83 nm/mm)+ iStar DH320T-18U-73(1024 × 225、26 µm 像元),单像元对应 0.022 nm。

为什么选择本型号?多环芳烃的转动结构间距只有零点几纳米,0.022 nm/像元的采样是分辨前提;320T 的 26 µm 大像元在 0.83 nm/mm 色散下恰好匹配,换小像元反而过采样。

适用型号:iStar ICCD / sCMOS(同一套 Gen 2 / Gen 3 像增强器与 <2 ns 门控)

07 放电等离子体成像

表面介质阻挡放电快速净化系统的诊断

Development of a rapid plasma decontamination system for decontamination and reuse of

AIP Advances · 2021 · DOI 10.1063/5.0067730

实验配置6 kHz 高压驱动表面 DBD,电压/电流用高压探头与电感探头配示波器监测;Andor iStar 340T 拍等离子体图像,发射谱由 HR-4000 光谱仪采集。

为什么选择本型号?表面 DBD 的放电条带又长又窄,340T 的 2048 × 512 宽画幅一帧拍全,不用拼接;门控避开强连续谱,只取特征发射,才能看清条带的分布。

适用型号:iStar ICCD / sCMOS(同一套 Gen 2 / Gen 3 像增强器与 <2 ns 门控)

Andor iStar 系列产品彩页

3 页 · 3.2 MB

  • 产品简介
  • 核心特点(4 项)
  • 应用领域(6 类)
  • 主要技术参数(22 项)
  • 型号规格对比(320T / 334T / 340T)
  • ICCD 与 sCMOS 平台对比
  • 像增强器选项(Gen2 / Gen3 八类阴极)
  • 光电阴极 QE 曲线
  • 应用实例与实测结果

含八类光电阴极的峰值 QE、波段与最短门宽对照表,以及激光诱导等离子体 Te 二维分布实测。

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