EMCCD与sCMOS技术对比：冷原子成像中的相机选型策略
在冷原子实验的发展历程中，EMCCD和sCMOS相机分别解决了不同阶段的核心挑战。EMCCD在早期单原子成像中实现了对微弱光子信号的探测，而sCMOS则在后续阶段推动了大规模量子信息读取的实现。对于冷原子实验而言，相机选型的关键并非单纯追求参数最优，而是找到与实验系统高度匹配的成像方案。
1. 技术路线的选择
· 极弱光与小视场场景：EMCCD仍具竞争力
在光子通量极低、视场较小且对极限弱光探测有严格要求的实验中，EMCCD凭借其电子倍增机制，依然是成熟且可靠的技术选择。
· 大规模与高通量场景：sCMOS成为主流趋势
随着冷原子实验逐步向大规模阵列读取、高通量测量和实时反馈控制方向发展，sCMOS相机凭借其并行架构和综合性能优势，正被越来越多的实验平台采纳。
2. 选择具备专业能力的科学相机厂商
无论是EMCCD还是sCMOS，科学相机的定量成像能力不仅取决于传感器本身，还高度依赖于厂商在低噪声电路设计、信号处理、系统校准和噪声控制等方面的综合技术实力。
3. 基于实验系统进行综合评估
实验系统的整体性能并非仅由相机决定，还受到光学系统、实验目标等多重因素的影响。因此，科学相机的选型应基于完整的实验链路，以实现系统性能的最大化。
鑫图冷原子成像解决方案
鑫图依托超低读出噪声信号链设计、稳定可靠的制冷工艺以及先进的图像处理算法，构建了面向单原子成像实验的sCMOS产品矩阵，能够根据光学系统设计、成像视场和实验目标提供定制化的探测方案。
1. 系统级非均匀性校正技术
针对sCMOS并行架构的读出特性，鑫图开发了系统级的PRNU/DSNU非均匀性校正体系。其高端背照式机型实现了DSNU < 0.3 e⁻、PRNU < 0.3%的高一致性指标，显著提升了极弱信号场景下的图像一致性与定量测量精度，为科研实验的高重复性测量提供了坚实保障。
DSNU/PRNU 校正前后对比
2. 多样化产品矩阵覆盖不同实验平台
鑫图背照式sCMOS相机
· Aries 16：超大像元sCMOS相机
该机型采用与EMCCD相似的技术架构，具备16μm超大像元和0.9e⁻的读出噪声，无需像素合并即可满足典型单原子弱光成像的低光子通量探测需求。
· Aries 6510：超大靶面sCMOS相机
在6.5 μm级背照式sCMOS产品中，该机型兼具0.7 e⁻的低读出噪声与3200×3200的大靶面。在光晶格、大规模光镊阵列等需要同时分辨数千个格点的场景中，其空间分辨率与视场覆盖能力表现尤为突出。
· Aries 6504：单光子级sCMOS相机
该机型实现了0.43 e⁻ RMS的读出噪声突破，在无需电子倍增的条件下即可达到单光子级灵敏度，同时保持2048×2048的面阵规格，为现有实验平台提供了高性能且高效的升级路径。
参考文献
① Picken C J, Legaie R, Pritchard J D. Single atom imaging with an sCMOS camera[J]. Applied Physics Letters, 2017, 111(16).
② Wang Y, Zhao L, Hu Z, et al. Quantitative performance evaluation of a back‐illuminated sCMOS camera with 95% QE for super‐resolution localization microscopy[J]. Cytometry Part A, 2017, 91(12): 1175-1183.
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鑫图背照式sCMOS相机已在单原子成像等典型实验场景中展现出与EMCCD相当的成像信噪比优势。如您正在进行冷原子相机选型，欢迎联系鑫图专业工程师，获取产品选型建议及样机测试服务。