作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 实验装置和干涉图像
(一)660纳米连续波激光泵浦高度非简并SPDC过程
在2毫米光子晶体第一次通过时产生的信号场和空闲场通过分色镜分离
待成像的样本被放置在惰轮的傅立叶平面中，该平面与其端镜重合
闲散场和信号场都被反射回来，重新组合，并与相干泵浦场一起反向传播到非线性晶体中
产生的信号场在互补金属氧化物半导体照相机上成像
(二)中红外惰轮探测的纸板切口信号的建设性、破坏性和差异性干涉图像
比例尺，2毫米
学分:科学进步，doi: 10
1126/sciadv
abd0264 由于其独特的生物化学特异性，结合中红外照明的显微技术在生物医学和工业应用领域有着巨大的前景
然而，该方法主要受到检测范围的限制，现有的中红外(中红外)检测技术通常结合了同样昂贵的劣质方法
在《科学进展》杂志上发表的一份新报告中，Inna Kviatkovsky和德国的一个物理、实验和临床研究以及分子医学研究团队发现，利用纠缠光的非线性干涉测量法为中红外显微术提供了一种强有力的工具
实验装置只需要用硅基照相机进行近红外探测
他们开发了一个原理验证实验，展示了覆盖3
4至4
3微米(m)
该技术适用于在中红外波段获取生物组织样本的显微图像
这项工作形成了一个与生命科学中的量子成像潜在相关的原始方法
中红外成像 显微镜和中红外成像在生物学、医学、环境科学和微流体学中有广泛的应用
例如，研究人员可以使用中红外光来感知特定分子的不同旋转和振动模式，作为“光谱指纹”，以克服标记的需要
这种无标记和非侵入性技术对于在大部分未改变的活组织中的生物成像过程是重要的
傅里叶变换红外光谱成像是一种最先进的中红外成像技术，主要依赖于宽带红外源和探测器
然而，红外探测器在技术上具有挑战性，成本高，有时需要低温冷却
为了避开对红外探测器的需求，研究人员必须开发相干拉曼和反斯托克斯散射显微术方法
在一个明显不同的方法中，他们使用了波长相差很大的纠缠光子对的干涉，在成像波长上不需要激光源或探测器
在这项工作中，克维亚科夫斯基等人
使用高度多峰的量子非线性干涉测量法作为中红外区域显微成像的有力工具，仅使用中等功率的可见光激光器和标准定制的金属氧化物半导体(CMOS)照相机
他们导出了具有高度非简并光子对的宽视场成像的视场和分辨率的显式公式
成像装置的特征
未放大和放大设置的图像和数据分别以橙色和绿色显示
非放大和放大设置的测量视场分别为9100±82和819±9微米
(二)边缘响应函数拟合两种成像排列的数据
非放大和放大设置的测量分辨率分别为322±5和35±5微米
呈现了分辨率目标中对于每个排列可以被分辨的最小特征
10倍放大导致分辨率和视场的缩放，表现为沿水平方向的更窄范围(由图中绿色阴影矩形强调)
橙色比例尺对应2 mm，绿色比例尺对应0
1毫米
在1秒的积分时间和200 (400)毫瓦的泵功率下获得了不放大的(放大的)图像
学分:科学进步，doi: 10
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abd0264 实验装置 科学家们开发了一种非线性干涉仪，将周期性极化的磷酸氧钛钾(ppKTP)晶体以折叠的迈克尔逊几何形状(干涉图案)双程通过
泵浦两次通过晶体，通过自发参量下转换(SPDC)产生一对信号光子和闲置光子，这是一个非线性光学过程，光子在光学实验室自发分裂成另外两个较低能量的光子
SPDC方法构成了目前实验室中许多量子光学实验的基础，涵盖了量子密码学、量子计量学，甚至还有助于测试量子力学的基本定律
信号模式和空闲模式在晶体第一次通过后对齐，以便在第二次通过时传播回来，并完全重叠以产生双光子
Kviatkovsky等人
通过用CMOS相机观察信号光子来测量干涉，不包括实现这种设置的复杂或成本高的组件
该团队为高度非简并的信号和闲置波长设计了非线性晶体，并使用宽带相位匹配选择闲置波长
通过这种方式，该实验允许同时检索样本的空间分辨相位和振幅信息，并且该团队利用现成的互补金属氧化物半导体照相机来检测和获取生物样本的显微图像，从而表征中红外成像特性
多光谱成像
获得不同中红外照明波长的信号传输图像
比例尺，2毫米
用光栅光谱仪记录信号波长的光谱，并转换成相应的中红外波长
学分:科学进步，doi: 10
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abd0264 实验表征和概念证明 在成像技术的最初表征期间，科维科夫斯基等人
将干涉仪的两个反射镜放置在晶体的远场，然后将待成像的样品放置在惰轮反射镜上
虽然分辨率有限，但这种不放大的配置提供了一个简单的过程来表征系统的成像能力
科学家们照亮了一个U
S
美国空军(USAF)畅通路径分辨率目标，其结果值与从幻影成像概括的理论框架一致
他们将降频转换源的高宽带特性与信号和惰轮之间共享的紧密能量相关性相结合，从而轻松实现高光谱成像
在概念验证演示中，他们使用了一个3
5 nm带宽，并通过更窄的滤波实现了增强的光谱分辨率
使用生物成像方法 该团队展示了通过使用小鼠心脏的未染色组织样本来研究生物样本的方法的潜力
他们通过轴向扫描相干长度内的干涉仪位移获得了中红外图像，并提取了每个像素的干涉信号的可见度和相位
该结果消除了单次测量中可能出现的损失和破坏性干扰之间的任何模糊性
这项工作使得宽视场相位对比图像的直接重建成为可能
得到的图像显示了心内膜的一部分，心内膜的最内层衬着暗紫色的心室，以指示高光子吸收
该层将心室和心肌分开；构成大部分心脏组织的心肌
成像的清晰度突出了所提出的成像方法克服损失和散射的高耐受性
生物成像
用可见光明视野显微镜观察小鼠心脏的组织样本，以说明我们用我们的方法研究的样本部分
(乙和丙)相同样品的中红外显微镜检查，未检测到光子，用于吸收(乙)和相位(丙)成像
比例尺，200微米
在双光子的相干长度内的15个轴向位置，通过在1s积分时间平均10个图像来重建图像
泵浦功率为400毫瓦，对应于小于20瓦的样品照明功率
学分:科学进步，doi: 10
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abd0264 现实世界的承诺 通过这种方式，Inna Kviatkovsky和他的同事展示了带有非线性干涉测量的中红外成像如何在现实世界的成像任务中发挥重要作用，这些任务需要节省成本的科学组件
该团队实现了35微米的成像特征，由于使用了宽带自发参数下变频(SPDC)策略，扩展的高光谱成像并不复杂
该团队通过非破坏性生物传感展示了这种新方法在现实世界中的前景，同时利用低样本照度对湿生物样本进行成像
该策略允许由空闲光子携带的任何信息被完美地传递给信号光子
虽然这项工作的空间分辨率仍然高于最先进的中红外系统的预期，但扩展以实现更高的成像能力是直接的
该团队展示了用实验纠缠光子进行非线性干涉测量，为中红外区域的显微术提供了一种强大且经济的方法
这项工作利用了硅基近红外探测技术的成熟，用于中红外成像和超低光照明
这项工作可以扩展到超光谱成像的微型尺度
作为概念的证明，科学家使用量子光对生物样本成像，以高分辨率揭示形态特征
这一结果将为宽带、高光谱中红外光谱技术铺平道路，该技术可用于生物学和生物医学工程的各种应用
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