研究人員展示了使用糾纏光子的無損中紅外成像

研究人員已經(jīng)表明，糾纏光子可以用來提高光學(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下進行光學(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損檢測和分析。

光學(xué)相干斷層掃描是一種無損成像方法，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進行，因為這些波長的光源和探測器很容易獲得。然而，這些波長不能深入到高散射或多孔材料中。

在光學(xué)協(xié)會(OSA)高沖擊研究雜志Optica上，來自德國柏林洪堡大學(xué)的Aron Vanselow和他的同事，以及奧地利無損檢測有限公司研究中心的合作者演示了中紅外OCT的概念實驗，以證明超寬帶糾纏光子對。他們表明，這種方法可以用相對緊湊和簡單的光學(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：“我們的方法消除了在寬帶中對紅外光源或探測器的需求，這對在這些波長下工作的實用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)競爭的第一個實際應(yīng)用."

這項技術(shù)可能在許多應(yīng)用中有用，包括分析飛機和汽車上使用的復(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，這對藝術(shù)保存非常有用。

進入量子力學(xué)

當(dāng)光子糾纏在一起時，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、量子通信或量子計算。

對于這項技術(shù)，研究人員開發(fā)了一種非線性晶體，并申請了專利，這種晶體可以產(chǎn)生波長非常不同的寬帶光子對。一個光子的波長很容易被標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備探測到，而另一個光子在中紅外范圍，所以很難探測到。當(dāng)難以探測的光子照射樣本時，它們會改變信號，使得只有易于探測的光子才能被測量。

“由于技術(shù)上的挑戰(zhàn)，我們的技術(shù)使得在傳統(tǒng)上難以處理的波長范圍內(nèi)獲得有用的測量結(jié)果變得容易，”構(gòu)思和指導(dǎo)這項研究的斯文拉梅洛(Sven Ramelow)說。“此外，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數(shù)量級，以實現(xiàn)相同的信噪比。

Ramilo說：“我們非常驚訝地發(fā)現(xiàn)，在測量中沒有發(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到很好的信噪比。”

研究人員在一系列真實樣本(包括高度分散的油漆樣本)上測試了它的設(shè)置。他們還分析了兩個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試和脫氧核糖核酸檢測，而且在傳統(tǒng)的光學(xué)相干斷層掃描波長下具有高度散射性。

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)，用于試點商業(yè)應(yīng)用。

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