案例分享|"鬼光譜"突破高光譜取舍：PPKTP量子成像方案

高光譜成像一直有個讓人頭疼的矛盾：想要光譜分辨率，就得犧牲空間分辨率，或者反之。而在量子成像領域，基于糾纏光子對“鬼成像”已展現(xiàn)出突破傳統(tǒng)光學探測邊界的潛力。而當量子關聯(lián)從空間維度延伸至光譜 — 時間維度，高光譜成像也迎來了新的技術路線。

近期，來自加拿大guo家研究委員會的研究團隊提出一種量子關聯(lián)高光譜成像技術（QCHSI）。該方案利用PPKTP晶體通過自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換（SPDC）產(chǎn)生高質(zhì)量糾纏光子對，將量子鬼成像的關聯(lián)測量思想與快照式高光譜成像結(jié)合，在不顯著犧牲空間分辨率的前提下，實現(xiàn)了單光子級、高效率的快照高光譜成像。

高光譜成像的傳統(tǒng)瓶頸

高光譜成像（HSI）可以同時獲取目標二維空間信息與一維光譜信息，廣泛應用于環(huán)境監(jiān)測、農(nóng)業(yè)遙感、生物技術、醫(yī)療診斷和食品分析等領域。

傳統(tǒng)高光譜成像通常依賴空間或光譜掃描，雖然分辨率高，但采集時間長；快照式高光譜成像（SHSI）雖然能在單次曝光中獲取光譜數(shù)據(jù)，卻往往需要犧牲空間分辨率。與此同時，濾光片、掃描結(jié)構(gòu)等元件還會造成大量光子損耗，在弱光或單光子級應用中尤其受限。

表格縮略圖字跡較小，建議點開圖片放大，保護視力更清晰

QCHSI：用量子關聯(lián)解耦空間與光譜信息

在量子關聯(lián)高光譜成像（QCHSI）中，研究人員證明了糾纏光子對可以克服分辨率和效率方面的問題。由自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換（SPDC）產(chǎn)生的糾纏光子對存在時間相關和光譜反相關的特性。一束 405.5 nm 的CW激光聚焦在 1 mm 厚（或者稱為相互作用長度）的 Type-0型PPKTP晶體上，通過SPDC產(chǎn)生中心波長約811 nm、帶寬約100 nm的糾纏光子對，并利用 D 型反射鏡將信號光子和閑置光子分離 。其中信號光子直接用于照射目標，在時間戳相機成像記錄空間信息和每個光子到達的時間和位置。而閑頻光子未與目標發(fā)生相互作用，被送入衍射光柵以及基于同一臺相機搭建的光譜儀。隨后，通過基于光子到達時間的相關性，將空間信息和光譜信息重新匹配。

在這個過程中體現(xiàn)了QCHSI的核心優(yōu)勢——信息解耦！信號臂負責空間信息，而閑頻臂負責光譜信息，并通過時間符合將兩者重新綁定。由于光譜儀只占相機邊緣的幾行像素，幾乎無需犧牲成像空間分辨率來換取光譜信息，提升了成像的效率。

Covesion可以為您做什么？

該方案的核心在于高質(zhì)量的SPDC光源，而這很大程度上取決于晶體的選擇。Covesion可為量子成像、SPDC光源實驗提供多樣化PPKTP與ppln晶體解決方案。

無論您需要類似文獻中1 mm的短PPKTP晶體，或是想要提高光譜分辨率，通過Type-II SPDC產(chǎn)生帶寬更窄的光子。此外，還可利用非簡并光子對源在差異極大的光譜窗口內(nèi)對樣品進行探測。根據(jù)泵浦波長、目標輸出波長、帶寬、晶體長度和相位匹配條件定制Type-0或Type-II PPKTP晶體，Covesion都可以提供相應支持。

英國Covesion有限公司是一家擁有超過20年經(jīng)驗的公司，提供350nm~6000nm全波段波長轉(zhuǎn)換產(chǎn)品解決方案，專注于高效MgO:PPLN / PPKTP 晶體與波導的研究、開發(fā)和制造。此外，Covesion還提供定制晶體服務，包括整個周期結(jié)構(gòu)設計、掩膜設計、晶體極化、切塊、拋光和鍍膜增透，以滿足特定波長轉(zhuǎn)換需求。

星朗浩宇/昊量光電作為英國Covesion在中國地區(qū)的獨代,負責其所有產(chǎn)品在國內(nèi)的銷售、服務，以及售后技術支持等。

參考文獻

Zhang, Yingwen, Duncan England, and Benjamin Sussman. "Snapshot hyperspectral imaging with quantum correlated photons." Optics Express 31.2 (2023): 2282-2291.

歡迎直接聯(lián)系昊量光電

關于昊量光電：

上海昊量光電設備有限公司憑借本地化銷售網(wǎng)絡與專業(yè)技術支持團隊，長期服務于國內(nèi)數(shù)以萬計工業(yè)及科研客戶，涵蓋半導體、生物醫(yī)療、量子科技、精密制造、生物顯微、物聯(lián)傳感、材料加工、光通訊等前沿領域。

昊量光電擁有的專家級的軟硬件開發(fā)團隊及豐富的行業(yè)應用經(jīng)驗，可提供：

? 全天候售后技術支持——快速響應，確保設備穩(wěn)定運行；

? 定制化解決方案——從售前咨詢到安裝，培訓，系統(tǒng)集成等，滿足多樣化需求；

? 客戶高度認可——服務案例覆蓋眾多頭部企業(yè)及科研機構(gòu)，客戶滿意度持續(xù)居前列。