湖南大学提出量子暗场显微镜的实现方法，可探索更多生命细节

原标题:湖南大学提出量子暗场显微镜实现方法，可探索更多生活细节。

近日，湖南大学罗海璐、温双春教授团队将光学模拟操作与单光子成像技术相结合，提出并实验证明了量子暗场显微镜的实现方法，为探索未知的生命细节开辟了新思路。相关结果发表在《物理评论快报》上。

图片来自《物理评论快报》

光学显微镜是探索微观世界的重要工具，已经成为现代光学领域一个充满活力的研究方向。在微观世界中，细胞是生命的结构单位，是生命活动的基本单位。生物细胞的大小、形状和结构特征与细胞的功能和活动相适应，对其特征识别技术的研究是生命科学的基础，是现代生命科学的发展支柱。

大多数生物细胞都是微小透明的，它们通常可以被视为纯相位物体，因为它们只影响输入光场的相位，而不影响振幅。纯相位物体的散射光非常弱，这使得从输入光的压倒性背景中揭示其透明结构极具挑战性。传统显微镜的灵敏度和分辨率从根本上受到环境噪声的限制，通过增加照明光的强度可以有效降低环境噪声的影响。然而，对于光敏生物样品，传统显微成像技术面临一个关键难点:高光强会导致样品的生物物理损伤。

对此，湖南大学物理与微电子学院罗海璐/温双春教授团队将光学模拟操作与单光子成像技术相结合，提出并实验证明了量子暗场显微镜的实现方法。

a是量子暗场显微成像的实验装置图，B是不同泵浦功率下的信号端(红线)、预测端(绿线)和它们之间的符合(蓝线)光子数，C是符合光子数与偏振角的关系。图片来自湖南大学物理与电气研究所。

光学模拟计算是指用光学方法对光场分布进行数学运算。基于细胞散射光固有的光学微分操作，团队对光场的相位分布进行了微分。纯相位物体的重要特征主要体现在相位分布的局部变化，通过对相位分布进行微分可以提取透明细胞的特征。

单光子触发成像是一种超低噪声成像技术，其增强的灵敏度使其能够探测到单个光子。单光子探测器可以对单个光子进行计数，实现对极弱信号的成像，并在时域上有效滤除不重叠的环境噪声。单光子触发探测成像方法大大提高了少光子条件下的成像信噪比和对比度，避免了对光敏细胞的生物物理损伤。

透明细胞的量子显微成像结果，A和B分别是内部ICCD触发的直接明场像和直接暗场像，C和D分别是单光子触发的量子明场像和暗场像，e-h分别是a-d中沿白色虚线提取的强度分布。图片来自湖南大学物理与电气研究所。

论文第一作者为湖南大学物理与微电子学院博士生刘家伟，通讯作者为罗海璐教授。本研究得到了国家自然科学基金重点项目和面上项目的资助。返回搜狐查看更多。

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