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基于SPAD单光子相机的LiDAR技术革新单光子光探测和测距(激光雷达)是在复杂环境中进行深度成像的关键技术。尽管zui近取得了进展,一个开放的挑战是能够隔离激光雷达信号从其他假源,包括背景光和干扰信号。本文介绍了一种基于量子纠缠光子对的LiDAR(光探测与测距)技术,该技术通过利用时空纠缠光子对及SAPD单光子相机的特性,显著提高了在复杂环境中的探测精度和抗干扰能力。该技术使用SPAD单光子相机作为探测端,并通过内置的时间相关单光子步进偏移计数技术来提高测量时间精度。光源使用了一个基于β-钡硼酸盐(BBO)晶体的非线性光学晶体来产生纠缠光子对。通过精确控制光子对的发射和接收,以及利用SPAD ...
行类似相机的单光子成像。这些传感器由众多以像素阵列结构组织的单个SPAD组成,如同传统相机。它们通常基于CMOS芯片。一些设备还集成了附加的停止或读出电路,部分基于每个像素。zui不复杂的器件是具有二极管的线性SPAD阵列,其在外部完全可访问。对外部电子设备进行停止和读出。同时,还开发了二维探测器。尽管像素是矩形的,但由于高电场强度,SPAD在这些器件中通常是圆形的。随着单个SPAD数量的增加,不再可能完全访问每个二极管。像素变得可以行访问,共享列输出通常连接到数据处理电子设备,例如现场可编程门阵列(FPGA)。2005年,32×32像素的探测器问世。每个32×32像素包含一个集成鉴别器和一个 ...
单光子探测器暗计数在激光远距测距的重要性激光测距技术在民用、军事等方面均有广泛应用,远距离测距的需求也日益增加。下图中给出了超导纳米线单光子探测器应用于激光测距的基本原理图。激光器为1064 nm,回波经透镜、光纤耦合至单光子探测器,光路可调节耦合过程中存在的损耗。激光发射同时触发计时,单光子探测器响应回波光子以及噪声光子,结束计时,此周期为1ms。单脉冲回波光子数n0。可由式得到:为激光功率峰值,Δt为激光脉冲宽度,D为接收孔径,分别为反射/接收光学效率,p为目标物反射率。下图为单光子探测器不同条件下的暗计数对信噪比(SNR)的影响,横轴为脉冲积累次数, 纵轴为信噪比,可知,回波率较高时(近 ...
TDC及TCSPC的技术原理-TCSPC高精度时间相关单光子计数模块TDC技术和TCSPC技术都是用来进行时间测量的技术手段,虽然应用范围大致相同,但是原理却不同。TDC原理如右图所示。来自单光子探测器的光电子信号脉冲和来自激光器的参考脉冲输入到延迟链中。时序逻辑查看延迟链中的数据,识别单光子和及激光脉冲的开始-停止对,并以此方式确定单光子在激光脉冲序列中的时间位置。然后,可以根据这些数据,建立通常的TCSPC/FLIM光子分布。TCSPC技术所基于的原理是:在记录低强度、高重复频率的脉冲信号时,由于光强很低,以至于在一个信号周期内探测到一个光子的概率远远小于1。因此,没有必要考虑在一个信号周 ...
一.介绍SPD_NIR为900nm至1700 nm的近红外范围内的单光子检测带来了重大突破。 SPD_NIR建立在冷却的InGaAs / InP盖革模式单光子雪崩光电二极管技术上,是NIR单光子检测器的第一代产品,可同时执行同步“门控”(GM)和异步“自由运行”(FR )检测模式。 用户通过提供的软件界面选择检测模式。冠jun级别的器件具有低至800 cps的超低噪声,高达30%的高校准量子效率,100 ns最小死区,100 MHz外部触发,150 ps的快速成帧分辨率和极低的脉冲 。 当需要光子耦合时,标准等级可提供非常有价值且经济高效的解决方案。基于工业设计,该设备齐全的探测器不需要任何额 ...
的,使其适合单光子成像。每个像素有一个1位的存储电子器件,整个阵列以最高97.7kfps(每秒千帧)的速度被读取。每255个二进制帧序列在现场可编程门阵列(FPGA)上累积成8位门图像,通过USB3.0连接传输到PC机的数据采集存储器。更详细的SS2技术规格可以联系我们进一步沟通。SS2使用其像素门电子技术进行时间分辨成像。使用FPGA上的混合模式时钟管理器(MMCM)模块,从激光控制器(或快速激光拾取PIN二极管)传输到相机的激光触发信号产生全局(阵列范围)门信号。简单地说,在每个1位的帧曝光期间(用户可选择最大400ns,最小50ns的倍数),在每个激光脉冲之后,门被打开或关闭,任何检测到 ...
扫描式荧光寿命成像技术简介一、扫描式荧光寿命成像技术的原理为了更详细地解释扫描式荧光寿命成像技术(FLIM),我们可以从其基本原理着手。FLIM是一种基于荧光寿命差异进行成像的技术,荧光寿命是指荧光分子在激发状态下保持的平均时间长度。这个时间由分子环境、化学组成以及与其他分子的相互作用等因素决定。在FLIM实验中,首先用激光激发样品,然后测量荧光分子返回基态前发射光子的时间。这个时间通常以皮秒到纳秒为单位,对于不同的荧光分子或同一种荧光分子在不同环境中,这个时间是变化的。通过分析这一时间的分布,可以得到荧光分子所处环境的信息。这些信息以颜色编码的形式在图像上显示,从而得到既包含空间分布又含有环 ...
荧光寿命成像技术在微塑料识别中的应用微塑料问题已成为全qiu关注的环境问题,其在多种生态系统中的累积导致了对野生生物及人类健康的潜在风险。荧光寿命成像(FLIM)技术作为一种先jin的识别手段,在微塑料研究领域显示出巨大的应用潜力。随着塑料使用量的持续增长,微塑料的环境污染问题日益严重。传统的微塑料检测方法往往耗时且效率不高。FLIM技术提供了一种高效的解决方案,能够通过分析微塑料的荧光寿命来快速识别和分类这些污染物。FLIM技术的核心在于使用荧光寿命作为区分不同物质的依据。荧光寿命是指材料被激光激发后,发出荧光持续的时间。在FLIM设备中,一个特定波长的激光被用来激发微塑料样本。样本吸收激光 ...
发了一种针对单光子成像优化的GEVI和改进的方法,应用于小鼠长期的全脑电压成像。并通过一个自动化高通量筛选平台,使其具有快速的动力学、高亮度、高灵敏度和在宽常单光子照明下的高光稳定性。在多轮定向进化后,产生了在所有指标上都有所提高的JEDI-1P,这是一种绿色的荧光指示剂,zui终研究人员成功在清醒小鼠中实现了稳定的全脑电压成像。为了以高通量的方式评估GEVI的性能,研究人员搭建了一个基于倒置显微镜(A1R-MP,Nikon Instruments)自动化多模式的96孔筛选平台。由Lumencor的LED光引擎(SpectraX)产生激发光,通过液态光波导(LLG)引导至显微镜的荧光顶置照明器 ...
光子源偏振纠缠验证实验1900年,普朗克为了克服经典理论解释黑体辐射规律的困难,引入了能量子概念,为量子理论奠下了基石。随后,爱因斯坦针对光电效应实验与经典理论的矛盾,提出了光量子假说,并在固体比热问题上成功地运用了能量子概念,为量子理论的发展打开了局面。1913年,玻尔在卢瑟福有核模型的基础上运用量子化概念,对氢光谱作出了满意的解释,使量子论取得了初步胜利。从1900年到1913年,可以称为量子论的早期。以后,玻尔、索末菲和其他许多物理学家为发展量子理论花了很大力气,却遇到了严重困难。要从根本上解决问题,只有待于新的思想,那就是“波粒二象性”。光的波粒二象性早在1905年和1916年就已由爱 ...
实现磁光技术研究InSe光自旋动力学在图1中可以看到至少采用其中一种光学测量的实验装置。所有的测量都是在低温下在高磁场的磁光低温恒温器中完成的。偏振PL的一般光学设置如图1a所示。在输入端,有一个短通滤波器(SPass),一个线性偏振器(LP)和一个四分之一波片(QWP)。然后,圆形或线性极化光束通过50:50的分束器(BS),其中50%被引导到attoDRY2100磁光低温恒温器(1.7 K基温,9 T超导磁铁)内的物镜。然后,从样品(S)反射的光束通过圆偏振收集光学元件(QWP和LP),用长通滤光片(LPass)过滤,然后聚焦到光纤上,该光纤通向带有CCD相机(Andor)的750毫米光谱 ...
FLIM系统是如何进行工作的?荧光寿命显微成像(fluorescence lifetime imaging microscopy, FLIM)是一种用于研究和测量生物分子的荧光寿命的技术,因其可以用于无标记成像,具有快速响应时间,可通过高分辨率成像技术(如共聚焦显微镜或双光子显微镜)结合使用等特点,近年来已经广泛应用于生物学、医学研究和生命科学等相关领域。那么,FLIM是如何实现如此强大的功能呢?FLIM的首要任务就在于测量荧光寿命(Fluorescence lifetime, FL),待测物体被一束激光激发后,该物体吸收能量后,从基态跃迁到某一激发态上,再以辐射跃迁的形式发出荧光并回到基态。 ...
SRS相对于自发拉曼与CARS的优点SRS是另一种相干拉曼散射(CRS)过程,其激发条件与共振CARS相同。与自发拉曼散射不同,在自发拉曼散射中,样品被一个激发场照亮,SRS中两个激发场在泵浦频率ωp和斯托克斯频率ωs处重合在样品上。如果激发束的差频Δω = ωp−ωs与焦点内分子的振动频率Ω相匹配,即分子跃迁由于分子跃迁的刺激激发,速率提高。分子居群从基态通过虚态转移到分子的振动激发态(图1A)。这与自发拉曼散射相反,自发拉曼散射从虚态到振动激发态的转变是自发的,导致信号弱得多。图1.受激拉曼散射原理(A) SRS的能量图。泵浦和斯托克斯束的共同作用通过虚态有效地将样品中的分子从基态转移到第 ...
用SPAD512S在3D成像中的应用在从空间成像到生物医学显微镜、安全、工业检查和文化遗产等众多领域,对快速、高分辨率和低噪声3D成像的要求非常高。在这种情况下,传统的全光成像代表了3D成像领域最有前景的技术之一,因为其超高的时间分辨率:3D成像是在30M像素分辨率下每秒7帧的单次拍摄中实现的,对于1M像素分辨率为每秒180帧;无多个传感器,近场需要耗时的扫描或干涉技术。然而常规全光成像导致分辨率损失,这通常是不可接受的。我们打破这种限制的策略包括将一个全新的和基础性的采用上一代硬件和软件解决方案。基本思想是通过使用新型传感器来利用存储在光的相关性中的信息实现一项非常雄心勃勃的任务的测量协议: ...
随着量子科学及技术的快速发展,单光子源已成为光量子信息研究中的关键器件,对量子计算起着至关重要的作用。NANOBASE将反聚束实验与快速拉曼和光致发光成像技术联用,该项技术将给科研工作者更便捷的手段进行与量子计算机等新兴技术密切相关的单光子源研究。单光子源具有独特的量子力学特性,其在量子技术和信息科学中得到了广泛的应用,包括量子计算机开发和密码学技术研究等等。常见的单光子源有金刚石中的氮空位(NV)色心、单个荧光分子、碳纳米管和量子点等。反聚束实验则是鉴别单光子源的重要表征方法。知识拓展”NV(Nitrogen-Vacancy)色心是金刚石中的一种点缺陷。金刚石晶格中一个碳原子缺失形成空位,近 ...
用SPAD 23在共聚焦显微镜中实现波动对比度的超分辨率在过去的 20 年里,远场光学显微镜已经跨越了以阿贝衍射极限为代表的一度难以逾越的分辨率障碍 ,开发多种成功的方法,如受激发射损耗(STED) 、单分子定位方法(PALM 和 STORM) ,结构照明显微术(SIM)和超分辨率光学波动成像(SOFI),这要归功于图像传感器技术的改进以及单分子光谱学的巨大进步。在这里,我们提出了一种新的显微技术,它利用 SPAD23阵列探测器的超高时间分辨率来测量荧光波动引起的相关性。在 ISM 架构中测量的这种相关性,然后被用作具有高达 4倍增强横向分辨率和增强轴向分辨率的超分辨率图像的对比度。仅用几毫秒 ...
1436Hz纯相位空间光调制器在双光子/钙离子成像中的应用一、引言双光子成像是利用双光子吸收的一种成像技术,双光子吸收是指原子或分子在时间和空间上同时吸收两个光子而跃迁到高能级的现象。因此反应概率远小于一般的单光子吸收,它的几率正比于光强度的平方。神经元钙成像(calcium imaging)技术的原理就是借助钙离子浓度与神经元活动之间的严格对应关系,利用特殊的荧光染料或者蛋白质荧光探针(钙离子指示剂,calcium indicator),将神经元当中的钙离子浓度通过双光子吸收激发的荧光强度表征出来,从而达到检测神经元活动的目的。美国Meadowlark Optics公司专注于模拟寻找纯相位空 ...
Optica:微波-光量子频率转换综述微波和光波段的电磁波是当今信息处理和通信系统中部署最广泛的信号载体。它们还在编码量子信息方面发挥着关键作用。在过去的几十年里,已经开发了各种量子位系统,其中一些利用了光频激发,包括俘获离子 、中性原子 、量子点和固态缺陷 ,以及其他在微波频率下工作的,包括超导量子位(superconducting qubits)和晶体中的自旋(spin in crystal)。其中,超导量子位是最有前途的量子计算平台之一。在超导量子电路中,约瑟夫森效应(Josephon effect)固有的微波频率下的低损耗单光子非线性允许接近纠错阈值的高保真量子操作 。基于该电路量子电 ...
量子图像分类器实现技术背景:量子计算在数据存储和计算能力上都远超经典计算。这是由于量子计算机存储的是量子比特(qubit),而一个量子比特可以表示量子态|0⟩和|1⟩的叠加,一次运算就可以同时处理两个状态的信息。传统电子计算机则不同,其储存电平的高低,一次只处理一个比特的状态数据。因此,当处理2n比特的数据时,传统计算机需要操作2n次,而量子计算机只需要对n个量子比特进行一次操作即可。量子比特的实现可由两能级原子系统来表示也可由光的不同偏振方向表示(黄一鸣,“量子机器学习算法综述”,2018)。结合量子计算的新型机器学习,量子机器学习近来取得了惊人的进展,其新颖的算法预示着近期量子计算机的有用 ...
博览:2021Optica 时频域中的通用压缩层析术技术背景:在时域和频域中编码量子信息已被证明是可扩展量子信息处理的合适替代方案。这些编码使得人们可以访问高维希尔伯特空间,从而对量子信息提取、密码学和通信任务等有增强作用。此外,此类编码仅占用一种单一的空间模式,因此可以与单模光纤网络直接兼容。然而,具有足够高分辨率的可靠时间测量仍然具有挑战性(特别是在通讯波长下)。量子信息技术一般包括量子计算,量子模拟和量子通信三种。在量子计算中,研究人员通常采用量子态或量子过程作为数学语言来描述所属量子系统的特征。认识一个量子系统的量子态和量子过程等价于可以掌握在此系统中进行任何测量的结果。在量子信息科学 ...
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