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北京理工大學(xué)物理學(xué)院實(shí)現(xiàn)量子全息顯微技術(shù)重大突破
2025年02月18日 15:36:14
來源：化工儀器網(wǎng) 點(diǎn)擊量：376
北京理工大學(xué)物理學(xué)院張向東教授課題組在量子顯微技術(shù)領(lǐng)域取得重大突破，成功實(shí)現(xiàn)基于偏振糾纏量子全息技術(shù)的量子全息顯微（QHM），具有高相位分辨率和強(qiáng)抗噪聲能力，為透明樣本的定量分析開辟新途徑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，QHM能準(zhǔn)確重建樣本相位分布，適用于生物樣本等，具有廣闊應(yīng)用前景，如工業(yè)生產(chǎn)檢測(cè)、醫(yī)學(xué)診斷等。
近日，北京理工大學(xué)物理學(xué)院張向東教授課題組在量子顯微技術(shù)領(lǐng)域取得了重大突破，他們基于偏振糾纏量子全息技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了量子全息顯微(QHM)，為透明樣本的定量分析開辟了新的途徑。相關(guān)研究成果以“Quantum Holographic Microscopy”為題，發(fā)表在國際知名期刊Laser & Photonics Reviews上。
相位顯微技術(shù)作為對(duì)近乎透明生物樣本進(jìn)行分析的重要手段，已經(jīng)在過去的二十年中得到了快速發(fā)展。然而，傳統(tǒng)顯微鏡在測(cè)量這些樣本時(shí)，易受環(huán)境噪聲和系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，導(dǎo)致靈敏度和分辨率受限，重建圖像的信噪比也相對(duì)較低。為了克服這些限制，量子顯微技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。該技術(shù)利用量子關(guān)聯(lián)測(cè)量，有效減少了環(huán)境噪聲對(duì)系統(tǒng)的影響，提高了系統(tǒng)的魯棒性，為光學(xué)顯微鏡的靈敏度提升提供了新的思路。
張向東教授課題組針對(duì)現(xiàn)有量子相位顯微鏡分辨率低、適用范圍窄等問題，構(gòu)建了基于偏振糾纏量子全息技術(shù)的QHM方案。該方案包含了糾纏源、掃描顯微系統(tǒng)和量子探測(cè)部分。通過引入偏振糾纏光子源，并利用空間光調(diào)制器和顯微物鏡組成的掃描顯微系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)樣本的精確掃描。同時(shí)，通過符合測(cè)量技術(shù)，成功提取了樣本的相位信息。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，QHM具有高相位分辨率和強(qiáng)抗噪聲能力。在測(cè)量螺旋相位板、線性變化相位樣本和階梯式變化相位樣本時(shí)，QHM均能夠準(zhǔn)確重建樣本的相位分布，且與理論結(jié)果高度吻合。此外，QHM在測(cè)量生物樣本時(shí)也展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。通過對(duì)番茄和草履蟲等生物樣品的重建相位分布實(shí)驗(yàn)，QHM不僅能夠區(qū)分不同樣品類型中的細(xì)胞分布，還能夠識(shí)別同一細(xì)胞中不同物質(zhì)含量，甚至能夠清晰看到細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的分布。
這一技術(shù)突破為透明樣本的定量分析提供了新的方法。通過QHM獲得的圖像，可以用于計(jì)算細(xì)胞體積、折射率、干質(zhì)量、細(xì)胞形狀等細(xì)胞參數(shù)，這些參數(shù)在細(xì)胞生物學(xué)研究中具有重要意義。此外，QHM在工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)診斷等領(lǐng)域也具有廣闊的應(yīng)用前景。例如，在工業(yè)生產(chǎn)中，QHM可以用于檢測(cè)微小缺陷和污染物；在醫(yī)學(xué)診斷中，QHM可以用于觀察和分析細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能異常，為疾病的早期發(fā)現(xiàn)和治療提供有力支持。
未來，張向東教授課題組將繼續(xù)優(yōu)化QHM方案，進(jìn)一步突破空間分辨率限制，縮短檢測(cè)時(shí)間，提高系統(tǒng)的實(shí)用性和可靠性。同時(shí)，他們還將探索QHM在更多領(lǐng)域的應(yīng)用，推動(dòng)該技術(shù)的廣泛發(fā)展和應(yīng)用。這一技術(shù)突破不僅為量子顯微技術(shù)領(lǐng)域注入了新的活力，也為透明樣本的定量分析提供了新的思路和解決方案。
素材來源：北京理工大學(xué)
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