研究人員已經(jīng)表明，糾纏光子可以用來(lái)提高光學(xué)相干斷層掃描在高散射材料中的穿透深度。該方法代表了一種在中紅外波長(zhǎng)下進(jìn)行光學(xué)相干斷層掃描的方法，可用于陶瓷和油漆樣品等材料的無(wú)損檢測(cè)和分析。
光學(xué)相干斷層掃描是一種無(wú)損成像方法，可以提供地下結(jié)構(gòu)的詳細(xì)三維圖像。光學(xué)相干斷層掃描通常使用可見光或近紅外波長(zhǎng)進(jìn)行，因?yàn)檫@些波長(zhǎng)的光源和探測(cè)器很容易獲得。然而，這些波長(zhǎng)不能深入到高散射或多孔材料中。
在光學(xué)協(xié)會(huì)(OSA)高沖擊研究雜志Optica上，來(lái)自德國(guó)柏林洪堡大學(xué)的Aron Vanselow和他的同事，以及奧地利無(wú)損檢測(cè)有限公司研究中心的合作者演示了中紅外OCT的概念實(shí)驗(yàn)，以證明超寬帶糾纏光子對(duì)。他們表明，這種方法可以用相對(duì)緊湊和簡(jiǎn)單的光學(xué)設(shè)置生成高度分散的樣品的高質(zhì)量二維和三維圖像。
Vanselow說(shuō)：“我們的方法消除了在寬帶中對(duì)紅外光源或探測(cè)器的需求，這對(duì)在這些波長(zhǎng)下工作的實(shí)用OCT系統(tǒng)的發(fā)展提出了挑戰(zhàn)?！?它代表了糾纏光子與傳統(tǒng)技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的第一個(gè)實(shí)際應(yīng)用."
這項(xiàng)技術(shù)可能在許多應(yīng)用中有用，包括分析飛機(jī)和汽車上使用的復(fù)雜涂層或監(jiān)控醫(yī)藥中使用的涂層。它還可以提供詳細(xì)的三維圖像，這對(duì)藝術(shù)保存非常有用。
進(jìn)入量子力學(xué)
當(dāng)光子糾纏在一起時(shí)，它們表現(xiàn)得好像可以立即相互影響。量子力學(xué)的這一現(xiàn)象對(duì)于許多正在發(fā)展的量子技術(shù)應(yīng)用非常重要，如量子傳感、量子通信或量子計(jì)算。
對(duì)于這項(xiàng)技術(shù)，研究人員開發(fā)了一種非線性晶體，并申請(qǐng)了專利，這種晶體可以產(chǎn)生波長(zhǎng)非常不同的寬帶光子對(duì)。一個(gè)光子的波長(zhǎng)很容易被標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備探測(cè)到，而另一個(gè)光子在中紅外范圍，所以很難探測(cè)到。當(dāng)難以探測(cè)的光子照射樣本時(shí)，它們會(huì)改變信號(hào)，使得只有易于探測(cè)的光子才能被測(cè)量。
“由于技術(shù)上的挑戰(zhàn)，我們的技術(shù)使得在傳統(tǒng)上難以處理的波長(zhǎng)范圍內(nèi)獲得有用的測(cè)量結(jié)果變得容易，”構(gòu)思和指導(dǎo)這項(xiàng)研究的斯文拉梅洛(Sven Ramelow)說(shuō)?！按送?，與目前中紅外OCT系統(tǒng)中使用的激光器和光學(xué)器件相比，它們更簡(jiǎn)單、更緊湊、更耐用、更具成本效益?！?
光線較少的圖像
為了證明這項(xiàng)技術(shù)，研究人員首先確認(rèn)其光學(xué)器件的性能與理論預(yù)測(cè)一致。他們發(fā)現(xiàn)，與最近開發(fā)的少數(shù)傳統(tǒng)中紅外光學(xué)相干斷層掃描系統(tǒng)相比，它們可以將光減少六個(gè)數(shù)量級(jí)，以實(shí)現(xiàn)相同的信噪比。
Ramilo說(shuō)：“我們非常驚訝地發(fā)現(xiàn)，在測(cè)量中沒有發(fā)現(xiàn)光本身固有量子噪聲之外的噪聲?！薄斑@也解釋了為什么我們可以用這么少的光達(dá)到很好的信噪比?！?
研究人員在一系列真實(shí)樣本(包括高度分散的油漆樣本)上測(cè)試了它的設(shè)置。他們還分析了兩個(gè)900微米厚的氧化鋁陶瓷層壓板，其中包含激光銑削微通道。中紅外照明使研究人員能夠捕捉深度信息，并創(chuàng)建通道結(jié)構(gòu)的完整3D重建。氧化鋁中的孔隙使這種材料不僅可用于藥物測(cè)試和脫氧核糖核酸檢測(cè)，而且在傳統(tǒng)的光學(xué)相干斷層掃描波長(zhǎng)下具有高度散射性。
研究人員已經(jīng)開始與工業(yè)和其他研究機(jī)構(gòu)的合作伙伴合作，開發(fā)緊湊型光學(xué)相干斷層掃描傳感器頭和完整的系統(tǒng)，用于試點(diǎn)商業(yè)應(yīng)用。
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