2月11日、Hubei Optics Valley Laboratoryでは、少数の光子のみを含む弱いレーザービームが生物学的サンプルを照射していました。研究者は、画面上の計算結果を見つめました。「イメージング解像度は数百万ピクセルに達しました。
毎日使用される携帯電話カメラのピクセルは、一般に数千万人、または1億人以上でさえあり、人生で明確な写真を撮ることができます。
しかし、深海、高高度、または医療検査などの特別なシーンでは、光信号が弱く、空間分解能が低いため、画像をキャプチャするには単一光子検出器が必要です。
光子は光の基本単位です。私たちが日常生活で見る光は、実際には無数の光子で構成されています。名前が示すように、単一光子検出器は、単一光子を検出できる超高感度検出器です。それらは、量子通信、天文学、生物医学的イメージング、その他の分野で重要な用途を持っています。
「単一光子検出器は暗闇の中の目のようなものであり、弱い光信号をキャプチャできます。」単一光子検出器は物理的な構造によって制限され、通常、ピクセル数は数千に到達でき、高解像度のイメージングやその他の側面に適用を制限します。
たとえば、天文学的な観察では、ピクセルの数が少ないため、fainterやより遠い天体の詳細をキャプチャすることが困難になります。生物医学的顕微鏡画像では、量子レベルの蛍光現象の高解像度記録の要件を満たすことも不可能です。
この問題を克服するために、Ding Yi博士のチームは計算イメージングの分野に注意を向けました。計算イメージングは、従来のイメージングテクノロジーとは異なります。光学変調と信号処理により、イメージング解像度、イメージングフレームレートなどにおける光検出器の制限を突破できます。
「各ピクセルが物理検出器に対応する必要はなく、単一の検出器が異なる時期に異なる役割を演じることを要求し、最後に数十万または数百万ピクセルの高解像度の画像を復元して、ライトフィールドと再構成アルゴリズムをエンコードすることで、チームのテクノロジーが国際的なアドバンザンスレベルに達したと述べました。
さらに、アナログ信号を出力するために使用される単一光子検出器。研究を通じて、実験室チームは、チップレベルで単一光子検出器のデジタル読み取りを完了しました。単一光子信号を取得すると、光子カウントデバイスを省略でき、イメージングと検出システムをより小型化および統合し、より多くのアプリケーションシナリオに直面することができます。
結果の背後には、科学研究チームの忍耐と献身の無数の昼と夜があります。プロジェクトは2023年の終わりに開始されて以来、研究室の照明は、進行状況に追いつくために夜明けまで点灯します。実験的な光学パスと計算方法の有効性を検証するために、チームは多数の実験を実施し、大規模なデータを蓄積しました。
「毎日十分な時間がないと感じているので、より速く、より速く進んで、より多くのハイエンドデバイスを国内の代替に実現したいと思っています。」Ding Yiは現在、研究チームが医療機器、リモートセンシング検出、その他の分野、および医療分野の最初のエンジニアリングプロトタイプと協力していると述べました。
現在、研究チームは、ラベルフリーのナノ粒子追跡や時間領域圧縮イメージングなど、多くの技術的な問題にも取り組んでいます。 「誰も待っていないので、私たちはできるだけ早く主要なコアテクノロジーを克服するためのエネルギーに満ちています。」ディン・イーは言った。
