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影像学

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纠缠的光子可以透过半透明的材料看到

11 Jan 2021
量子OCT
纠结图像:仍来自900微米厚结构的体积扫描的3D动画,该结构由三层氧化铝陶瓷组成。 (由柏林洪堡大学的Aron Vanselow和Sven Ramelow提供)

纠缠的光子对已经被德国和奥地利的物理学家用来成像散射光的材料表面下的结构。该研究由Aron Vanselow和 斯文·拉米洛(Sven Ramelow) 在柏林洪堡大学(Humboldt University)的研究中,使用波长非常不同的“超宽带”光子对获得了样品的高分辨率图像。一个光子探测样品,另一个光子读出图像信息。它们紧凑,低成本,无损的系统可以用于检查高级陶瓷和流体混合。

光学相干断层扫描(OCT)是用于对半透明材料表面下的结构进行成像的强大工具,并且具有许多应用程序,包括生物组织的3D扫描。该技术使用干涉测量法来拒绝大多数在对象中多次散射的光,而是将注意力集中在少数情况下,即当光仅从感兴趣的特征散射一次时。这通常涉及用可见光或近红外光探测材料,可以很容易地产生和检测它们。但是,在某些材料(例如陶瓷,油漆和微孔样品)中,可见光和近红外光会强烈散射-这限制了OCT的使用。但是,中红外光可以更深入地渗透到这些样品中而不会发生散射-但是这种光很难产生和检测。

Vanselow,Ramelow及其同事通过使用成对的量子力学纠缠光子来解决这个问题,其中一个光子是中红外光,另一个光子是可见光或近红外光。纠缠对是通过向团队开发的专用非线性晶体发射“泵浦”激光束而生成的。这将产生纠缠的光子对-一个中红外“惰”光子和一个可见/近红外“信号”光子。

惰轮光子

非线性晶体位于干涉仪中,并且在干涉仪的一个臂中,光被分开,因此惰轮光子撞击要成像的对象,而信号光子被反射镜反射。干涉仪的另一臂具有一个检测器,用于测量信号光子。由于两个光子纠缠在一起,因此可以从参考光子上的测量值中收集有关惰轮光子(以及物体)的信息。此信息用于创建对象的图像。

该团队使用包括油漆层和微通道蚀刻的氧化铝陶瓷叠层在内的样品测试了他们的成像系统的性能。他们产生了样品的2D和3D图像,分辨率低至微米级。总体而言,这将常规中红外OCT的信噪比提高了百万分之一。这与该团队对装置最佳性能的理论预测相符-这意味着它仅受固有量子噪声的限制。

根据该团队的说法,该技术可以用来查看其他非破坏性技术无法访问的内部材料。应用程序可能包括基于氧化铝的陶瓷的研究,由于其明确定义的尺寸和高密度的孔,这些材料被用于药物测试和DNA检测。在其他地方,OCT的更新形式可用于制作液体中微尺度混合的实时图像,经过精确设计的3D打印陶瓷以及药物涂层的质量控制。

该研究描述于 眼镜.

版权©IOP 出版 Ltd和个人贡献者的2021年