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北京理工大學物理學院實現量子全息顯微技術重大突破
2025年02月18日 15:36:14
來源：化工儀器網 點擊量：5300
北京理工大學物理學院張向東教授課題組在量子顯微技術領域取得重大突破，成功實現基于偏振糾纏量子全息技術的量子全息顯微（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，具有廣闊應用前景，如工業生產檢測、醫學診斷等。
近日，北京理工大學物理學院張向東教授課題組在量子顯微技術領域取得了重大突破，他們基于偏振糾纏量子全息技術，成功實現了量子全息顯微(QHM)，為透明樣本的定量分析開辟了新的途徑。相關研究成果以“Quantum Holographic Microscopy”為題，發表在國際知名期刊Laser & Photonics Reviews上。
相位顯微技術作為對近乎透明生物樣本進行分析的重要手段，已經在過去的二十年中得到了快速發展。然而，傳統顯微鏡在測量這些樣本時，易受環境噪聲和系統穩定性的影響，導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，量子顯微技術應運而生。該技術利用量子關聯測量，有效減少了環境噪聲對系統的影響，提高了系統的魯棒性，為光學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有量子相位顯微鏡分辨率低、適用范圍窄等問題，構建了基于偏振糾纏量子全息技術的QHM方案。該方案包含了糾纏源、掃描顯微系統和量子探測部分。通過引入偏振糾纏光子源，并利用空間光調制器和顯微物鏡組成的掃描顯微系統，實現了對樣本的精確掃描。同時，通過符合測量技術，成功提取了樣本的相位信息。
實驗結果表明，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，且與理論結果高度吻合。此外，QHM在測量生物樣本時也展現出獨特優勢。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含量，甚至能夠清晰看到細胞內物質的分布。
這一技術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、干質量、細胞形狀等細胞參數，這些參數在細胞生物學研究中具有重要意義。此外，QHM在工業生產、醫學診斷等領域也具有廣闊的應用前景。例如，在工業生產中，QHM可以用于檢測微小缺陷和污染物；在醫學診斷中，QHM可以用于觀察和分析細胞結構和功能異常，為疾病的早期發現和治療提供有力支持。
未來，張向東教授課題組將繼續優化QHM方案，進一步突破空間分辨率限制，縮短檢測時間，提高系統的實用性和可靠性。同時，他們還將探索QHM在更多領域的應用，推動該技術的廣泛發展和應用。這一技術突破不僅為量子顯微技術領域注入了新的活力，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
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