โฟตอนที่พันกันช่วยเพิ่มการถ่ายภาพด้วยแสงแบบปรับตัว - โลกฟิสิกส์

โฟตอนที่พันกันช่วยเพิ่มการถ่ายภาพด้วยแสงแบบปรับตัว - โลกฟิสิกส์

ประทับเวลา: 2 เมษายน 2024 4:30 น

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/04/entangled-photons-enhance-adaptive-optical-imaging-physics-world.jpg" data-caption="คู่มือการถ่ายภาพแบบไม่มีดาว ภาพหัวผึ้งที่ได้มาจากกล้องจุลทรรศน์แบบส่องผ่านมุมกว้างเมื่อมีความผิดปกติ (ซ้าย) และหลังการแก้ไข (ขวา) ส่วนแทรกรูปภาพแสดงถึงการวัดความสัมพันธ์ควอนตัมระหว่างโฟตอนก่อนและหลังการแก้ไข (เอื้อเฟื้อโดย: Hugo Defienne และ Patrick Cameron)” title=”คลิกเพื่อเปิดภาพในป๊อปอัป” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/04/entangled-photons-enhance-adaptive-optical -imaging-physics-world.jpg”>การถ่ายภาพด้วยแสงแบบปรับตัวที่ปรับปรุงด้วยควอนตัม
คู่มือการถ่ายภาพแบบไม่มีดาว ภาพหัวผึ้งที่ได้มาจากกล้องจุลทรรศน์แบบส่องผ่านมุมกว้างเมื่อมีความผิดปกติ (ซ้าย) และหลังการแก้ไข (ขวา) ส่วนแทรกรูปภาพแสดงถึงการวัดความสัมพันธ์ควอนตัมระหว่างโฟตอน (เอื้อเฟื้อโดย: ฮิวโก้ เดเฟียน และแพทริค คาเมรอน)

นักวิจัยกำลังควบคุมคุณสมบัติของฟิสิกส์ควอนตัมเพื่อวัดการบิดเบือนในภาพด้วยกล้องจุลทรรศน์และสร้างภาพที่คมชัดยิ่งขึ้น

ในปัจจุบัน ภาพบิดเบี้ยวที่เกิดจากความคลาดเคลื่อนจากข้อบกพร่องในตัวอย่างหรือความไม่สมบูรณ์ของส่วนประกอบทางแสงได้รับการแก้ไขโดยใช้กระบวนการที่เรียกว่า Adaptive Optics เลนส์ปรับแสงแบบทั่วไปอาศัยจุดสว่างที่ระบุในตัวอย่างซึ่งทำหน้าที่เป็นจุดอ้างอิง (ดาวนำทาง) ในการตรวจจับความคลาดเคลื่อน อุปกรณ์ต่างๆ เช่น ตัวปรับแสงเชิงพื้นที่และกระจกที่เปลี่ยนรูปได้ จะปรับรูปร่างของแสงและแก้ไขการบิดเบือนเหล่านี้

สำหรับตัวอย่างที่ไม่มีจุดสว่างตามธรรมชาติ (และไม่สามารถติดป้ายด้วยเครื่องหมายเรืองแสงได้) เมตริกตามภาพและเทคนิคการประมวลผลได้รับการพัฒนาขึ้น วิธีการเหล่านี้ขึ้นอยู่กับรูปแบบการถ่ายภาพและธรรมชาติของกลุ่มตัวอย่าง ในทางกลับกัน เลนส์ควอนตัมช่วยสามารถใช้เพื่อเข้าถึงข้อมูลเกี่ยวกับความคลาดเคลื่อนโดยไม่ขึ้นกับรูปแบบการถ่ายภาพและตัวอย่าง

นักวิจัยที่ มหาวิทยาลัยกลาสโกว์ที่ มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ และ CNRS/มหาวิทยาลัยซอร์บอนน์ กำลังวัดความคลาดเคลื่อนโดยใช้โฟตอนคู่ที่พันกัน

สิ่งกีดขวางควอนตัมอธิบายถึงอนุภาคที่เชื่อมต่อถึงกันโดยไม่คำนึงถึงระยะห่างระหว่างอนุภาคเหล่านั้น เมื่อโฟตอนที่พันกันเกิดความคลาดเคลื่อน ความสัมพันธ์ของพวกมันจะสูญหายหรือบิดเบี้ยว การวัดความสัมพันธ์นี้ซึ่งมีข้อมูล เช่น เฟสที่ไม่ได้บันทึกไว้ในการถ่ายภาพความเข้มแบบเดิมๆ แล้วแก้ไขโดยใช้เครื่องปรับแสงเชิงพื้นที่หรืออุปกรณ์ที่คล้ายกัน สามารถปรับปรุงความไวและความละเอียดของภาพได้

“มีสองแง่มุม [ของโปรเจ็กต์นี้] ที่ฉันพบว่าน่าตื่นเต้นมาก: ความเชื่อมโยงที่มีระหว่างแง่มุมพื้นฐานของความพัวพันกับความสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งที่คุณมี และความจริงที่ว่ามันเป็นสิ่งที่มีประโยชน์ในทางปฏิบัติ” กล่าว ฮิวโก้ เดเฟียนนักวิจัยอาวุโส CNRS ในโครงการ

ในการตั้งค่าของทีม คู่โฟตอนที่พันกันจะถูกสร้างขึ้นโดยการแปลงค่าพาราเมตริกที่เกิดขึ้นเองในผลึกบาง ๆ คู่โฟตอนที่ไม่สัมพันธ์กันจะถูกส่งผ่านตัวอย่างเพื่อถ่ายภาพในสนามไกล กล้องอุปกรณ์ชาร์จคู่อิเล็กตรอน (EMCCD) ตรวจจับคู่โฟตอนและวัดความสัมพันธ์ของโฟตอนและภาพความเข้มทั่วไป จากนั้นจะใช้ความสัมพันธ์ของโฟตอนเพื่อทำให้ภาพเข้าสู่โฟกัสโดยใช้การปรับแสงเชิงพื้นที่

นักวิจัยได้สาธิตแนวทางการปรับทัศนศาสตร์แบบไร้ดาวโดยใช้ตัวอย่างทางชีววิทยา (หัวและขาของผึ้ง) ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่าความสัมพันธ์ดังกล่าวสามารถนำมาใช้เพื่อสร้างภาพที่มีความละเอียดสูงกว่ากล้องจุลทรรศน์แบบใช้พื้นที่สว่างทั่วไปได้

“ฉันคิดว่านี่อาจเป็นหนึ่งในไม่กี่รูปแบบการถ่ายภาพควอนตัมที่ใกล้เคียงกับสิ่งที่สามารถนำมาใช้ในทางปฏิบัติได้” Defienne กล่าว

นักวิจัยกำลังรวมการตั้งค่านี้เข้ากับการกำหนดค่ากล้องจุลทรรศน์แบบสะท้อนในวงกว้างเพื่อให้มีการนำการตั้งค่านี้ไปใช้อย่างกว้างขวาง ระยะเวลาในการถ่ายภาพซึ่งเป็นข้อจำกัดหลักของเทคนิคในปัจจุบัน สามารถลดลงได้ด้วยเทคโนโลยีกล้องทางเลือกสำหรับการใช้งานเชิงพาณิชย์และการวิจัย

“ทิศทางที่สองในอนาคตที่เรามีคือการแก้ไขความคลาดเคลื่อนด้วยวิธีที่ไม่ใช่ในท้องถิ่น” Defienne กล่าว เทคนิคดังกล่าวจะแยกโฟตอนที่จับคู่กัน โดยส่งตัวหนึ่งไปยังกล้องจุลทรรศน์ และอีกตัวหนึ่งไปยังตัวปรับแสงเชิงพื้นที่และกล้อง วิธีการนี้จะสร้างความคลาดเคลื่อนที่มีความสัมพันธ์กับภาพความเข้มแบบเดิมๆ เพื่อให้ได้ภาพที่โฟกัสและมีความละเอียดสูง

การศึกษาวิจัยได้รับการตีพิมพ์ใน วิทยาศาสตร์.

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก โลกฟิสิกส์