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北京理工大學(xué)物理學(xué)院實現(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) 點擊量：5119
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抗噪聲能力，為透明樣本的定量分析開辟新途徑,。實驗結(jié)果表明,，QHM能準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,，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)，實現(xiàn)了對樣本的精確掃描,。同時,，通過符合測量技術(shù)，成功提取了樣本的相位信息,。
實驗結(jié)果表明，QHM具有高相位分辨率和強抗噪聲能力,。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，QHM均能夠準確重建樣本的相位分布,，且與理論結(jié)果高度吻合,。此外，QHM在測量生物樣本時也展現(xiàn)出獨特優(yōu)勢,。通過對番茄和草履蟲等生物樣品的重建相位分布實驗,，QHM不僅能夠區(qū)分不同樣品類型中的細胞分布，還能夠識別同一細胞中不同物質(zhì)含量,，甚至能夠清晰看到細胞內(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,，可以用于計算細胞體積,、折射率、干質(zhì)量,、細胞形狀等細胞參數(shù),，這些參數(shù)在細胞生物學(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,，進一步突破空間分辨率限制,，縮短檢測時間，提高系統(tǒng)的實用性和可靠性,。同時,，他們還將探索QHM在更多領(lǐng)域的應(yīng)用，推動該技術(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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