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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:5323

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、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)測量,有效減少了環(huán)境噪聲對系統(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)了對樣本的精確掃描。同時(shí),通過符合測量技術(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在測量生物樣本時(shí)也展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢。通過對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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