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"已展現出突破傳統光學探測邊界的潛力。而當量子關聯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高光譜成像技術（QCHSI）。該方案利用PPKTP晶體通過自發參量下轉換（SPDC）產生高質量糾纏光子對，將量子鬼成像的關聯測量思想與快照式高光譜成像結合，在不顯著犧牲空間分辨率的前提下，實現了單光子級、高效率的快照高光譜成像。

高光譜成像的傳統瓶頸

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，廣泛應用于環境監測、農業遙感、生物技術、醫療診斷和食品分析等領域。

傳統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據，卻往往需要犧牲空間分辨率。與此同時，濾光片、掃描結構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：用量子關聯解耦空間與光譜信息

在量子關聯高光譜成像（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。由自發參量下轉換（SPDC）產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。

在這個過程中體現了QCHSI的核心優勢——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對樣品進行探測。根據泵浦波長、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年經驗的公司，提供350nm~6000nm全波段波長轉換產品解決方案，專注于高效MgO:PPLN / PPKTP 晶體與波導的研究、開發和制造。此外，Covesion還提供定制晶體服務，包括整個周期結構設計、掩膜設計、晶體極化、切塊、拋光和鍍膜增透，以滿足特定波長轉換需求。

星朗浩宇/昊量光電作為英國Covesion在中國地區的獨代,負責其所有產品在國內的銷售、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絡與專業技術支持團隊，長期服務于國內數以萬計工業及科研客戶，涵蓋半導體、生物醫療、量子科技、精密制造、生物顯微、物聯傳感、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團隊及豐富的行業應用經驗，可提供：

? 全天候售后技術支持——快速響應，確保設備穩定運行；

? 定制化解決方案——從售前咨詢到安裝，培訓，系統集成等，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及科研機構，客戶滿意度持續居前列。