Sammenfiltrede fotoner forbedrer adaptiv optisk billeddannelse – Physics World

Sammenfiltrede fotoner forbedrer adaptiv optisk billeddannelse – Physics World

Tidsstempel: 2. april 2024 kl. 4

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/04/entangled-photons-enhance-adaptive-optical-imaging-physics-world.jpg" data-caption="Guide stjernefri billeddannelse Billede af et bihoved erhvervet med et bredfeltstransmissionsmikroskop i nærvær af aberrationer (venstre) og efter korrektion (højre). Billedindsættelserne repræsenterer kvantekorrelationsmålinger mellem fotoner før og efter korrektion. (Courtesy: Hugo Defienne og Patrick Cameron)” title=”Klik for at åbne billede i popup” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/04/entangled-photons-enhance-adaptive-optical -imaging-physics-world.jpg">Kvanteforbedret adaptiv optisk billeddannelse
Guide stjernefri billeddannelse Billede af et bihoved erhvervet med et bredfeltstransmissionsmikroskop i nærvær af aberrationer (venstre) og efter korrektion (højre). Billedindsættelserne repræsenterer kvantekorrelationsmålinger mellem fotoner. (Med høflighed: Hugo Defienne og Patrick Cameron)

Forskere udnytter kvantefysikkens egenskaber til at måle forvrængninger i mikroskopibilleder og producere skarpere billeder.

I øjeblikket korrigeres billedforvrængninger forårsaget af aberrationer fra fejl i en prøve eller ufuldkommenheder i optiske komponenter ved hjælp af en proces kaldet adaptiv optik. Konventionel adaptiv optik er afhængig af et lyspunkt identificeret i prøven, der tjener som et referencepunkt (guidestjernen) til detektering af aberrationer. Enheder som rumlige lysmodulatorer og deformerbare spejle former derefter lyset og korrigerer for disse forvrængninger.

For prøver, der ikke indeholder lyse pletter naturligt (og ikke kan mærkes med fluorescensmarkører), er billedbaserede metrikker og behandlingsteknikker blevet udviklet. Disse tilgange er afhængige af billeddannelsesmodaliteten og arten af ​​prøven. Kvante-assisteret optik, på den anden side, kan bruges til at få adgang til information om aberrationer uafhængigt af billeddannelsesmodalitet og prøve.

Forskere på University of Glasgow, University of Cambridge , CNRS/Sorbonne Universitet måler aberrationer ved hjælp af sammenfiltrede fotonpar.

Kvantesammenfiltring beskriver partikler, der er indbyrdes forbundne uanset afstanden mellem dem. Når sammenfiltrede fotoner støder på en aberration, går deres korrelation tabt eller forvrænges. Måling af denne korrelation – som indeholder information såsom fase, der ikke fanges i konventionel intensitetsbilleddannelse – og derefter korrigere for det ved hjælp af en rumlig lysmodulator eller lignende enheder, kan forbedre følsomheden og billedopløsningen.

“Der er to aspekter [af dette projekt], som jeg finder meget spændende: koblingen, der er mellem det grundlæggende aspekt af sammenfiltring og den stærke sammenhæng, du har; og det, at det er noget, der kan bruges i praksis,” siger Hugo Defienne, senior CNRS-forsker på projektet.

I teamets opsætning genereres sammenfiltrede fotonpar gennem spontan parametrisk nedkonvertering i en tynd krystal. Anti-korrelerede fotonpar sendes gennem en prøve for at afbilde den i det fjerne felt. Et EMCCD-kamera (elektron-multiplying charge-coupled device) registrerer fotonparrene og måler fotonkorrelationer og konventionelle intensitetsbilleder. Foton-korrelationerne bruges derefter til at bringe billedet i fokus ved hjælp af rumlig lysmodulation.

Forskerne demonstrerede deres guide-stjernefri adaptive optiktilgang ved hjælp af biologiske prøver (et bihoved og et ben). Deres resultater viste, at korrelationerne kan bruges til at producere billeder i højere opløsning end konventionel lysfeltsmikroskopi.

"Jeg tror, ​​det nok er et af de få kvantebilleddannelsesskemaer, der er meget tæt på noget, der kan bruges i praksis," siger Defienne.

Arbejder hen imod en udbredt vedtagelse af opsætningen, integrerer forskerne det nu med refleksionsmikroskopkonfigurationer. Billeddannelsestider, som i øjeblikket er teknikkens største begrænsning, kan reduceres med alternative kamerateknologier, der er tilgængelige til kommercielle og forskningsmæssige anvendelser.

"Den anden fremtidige retning, vi har, er at lave aberrationskorrektion på en ikke-lokal måde," siger Defienne. Denne teknik ville splitte de parrede fotoner, sende en til et mikroskop og en anden til en rumlig lysmodulator og kamera. Fremgangsmåden ville effektivt skabe en aberration, der er korreleret med et konventionelt intensitetsbillede for at nå frem til et fokuseret billede i høj opløsning.

Forskningsstudiet er publiceret i Videnskab.

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden