Sammenfiltrede fotoner forbedrer adaptiv optisk bildebehandling – Physics World

Sammenfiltrede fotoner forbedrer adaptiv optisk bildebehandling – Physics World

Tidsstempel: 2. april 2024 4:30

<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 bildebehandling Bilde av et bihode anskaffet med et bredfeltstransmisjonsmikroskop i nærvær av aberrasjoner (venstre) og etter korreksjon (høyre). Bildeinnleggene representerer kvantekorrelasjonsmålinger mellom fotoner før og etter korreksjon. (Courtesy: Hugo Defienne and Patrick Cameron)” title=”Klikk for å åpne bildet i popup” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/04/entangled-photons-enhance-adaptive-optical -imaging-physics-world.jpg">Kvanteforbedret adaptiv optisk bildebehandling
Guide stjernefri bildebehandling Bilde av et bihode tatt med et bredfeltstransmisjonsmikroskop i nærvær av aberrasjoner (venstre) og etter korreksjon (høyre). Bildeinnleggene representerer kvantekorrelasjonsmålinger mellom fotoner. (Med tillatelse: Hugo Defienne og Patrick Cameron)

Forskere utnytter egenskapene til kvantefysikk for å måle forvrengninger i mikroskopibilder og produsere skarpere bilder.

For tiden blir bildeforvrengninger forårsaket av aberrasjoner fra feil i en prøve eller ufullkommenhet i optiske komponenter korrigert ved hjelp av en prosess som kalles adaptiv optikk. Konvensjonell adaptiv optikk er avhengig av et lyspunkt identifisert i prøven som fungerer som et referansepunkt (guidestjernen) for å oppdage aberrasjoner. Enheter som romlige lysmodulatorer og deformerbare speil former deretter lyset og korrigerer for disse forvrengningene.

For prøver som ikke inneholder lyse flekker naturlig (og ikke kan merkes med fluorescensmarkører), er det utviklet bildebaserte beregninger og prosesseringsteknikker. Disse tilnærmingene er avhengig av avbildningsmodaliteten og prøvens natur. Kvanteassistert optikk, derimot, kan brukes for å få tilgang til informasjon om aberrasjoner uavhengig av avbildningsmodalitet og prøve.

Forskere ved University of Glasgowden University of Cambridge og CNRS/Sorbonne universitet måler aberrasjoner ved å bruke sammenfiltrede fotonpar.

Kvantesammenfiltring beskriver partikler som er sammenkoblet uavhengig av avstanden mellom dem. Når sammenfiltrede fotoner møter en aberrasjon, går korrelasjonen deres tapt eller forvrengt. Å måle denne korrelasjonen – som inneholder informasjon som fase som ikke fanges opp i konvensjonell intensitetsavbildning – og deretter korrigere for den ved hjelp av en romlig lysmodulator eller lignende enheter, kan forbedre følsomheten og bildeoppløsningen.

«Det er to aspekter [ved dette prosjektet] som jeg synes er veldig spennende: koblingen som er mellom det grunnleggende aspektet ved sammenfiltring og den sterke korrelasjonen du har; og det faktum at det er noe som kan være nyttig i praksis,” sier Hugo Defienne, senior CNRS-forsker på prosjektet.

I teamets oppsett genereres sammenfiltrede fotonpar gjennom spontan parametrisk nedkonvertering i en tynn krystall. Anti-korrelerte fotonpar sendes gjennom en prøve for å avbilde den i det fjerne feltet. Et elektronmultiplikerende ladningskoblet enhet (EMCCD) kamera oppdager fotonparene og måler fotonkorrelasjoner og konvensjonelle intensitetsbilder. Fotonkorrelasjonene brukes deretter til å bringe bildet i fokus ved bruk av romlig lysmodulasjon.

Forskerne demonstrerte sin guide-stjernefrie adaptive optikk-tilnærming ved å bruke biologiske prøver (et bihode og et ben). Resultatene deres viste at korrelasjonene kan brukes til å produsere bilder med høyere oppløsning enn konvensjonell lysfeltmikroskopi.

"Jeg tror det sannsynligvis er et av de få kvantebildeskjemaene som er veldig nært noe som kan brukes i praksis," sier Defienne.

Forskerne jobber mot utbredt bruk av oppsettet, og integrerer det nå med refleksjonsmikroskopkonfigurasjoner. Bildetider, som for tiden er teknikkens hovedbegrensning, kan reduseres med alternative kamerateknologier tilgjengelig for kommersielle og forskningsapplikasjoner.

"Den andre fremtidige retningen vi har er å gjøre aberrasjonskorreksjon på en ikke-lokal måte," sier Defienne. Den teknikken ville dele de sammenkoblede fotonene, sende en til et mikroskop og en annen til en romlig lysmodulator og kamera. Tilnærmingen ville effektivt skape en aberrasjon som er korrelert med et konvensjonelt intensitetsbilde for å komme frem til et fokusert bilde med høy oppløsning.

Forskningsstudien er publisert i Vitenskap.

Tidstempel:

Mer fra Fysikkens verden