Op 11 februari, in het Hubei Optics Valley Laboratory, bestreken een zwakke laserstraal die slechts enkele fotonen bevatte biologische monsters. Onderzoekers staarden naar de berekeningsresultaten op het scherm: "De beeldvormingsresolutie heeft miljoenen pixels bereikt.
De pixels van mobiele telefooncamera's die dagelijks worden gebruikt, zijn over het algemeen in de tientallen miljoenen, of zelfs meer dan 100 miljoen, en kunnen duidelijke foto's in het leven maken.
Maar in sommige speciale scènes, zoals diepzee, grote hoogte of in medische testen, is het lichtsignaal zwak en is de ruimtelijke resolutie laag, dus zijn single-foton detectoren nodig om beelden vast te leggen.
Fotonen zijn de basiseenheid van het licht. Het licht dat we in het dagelijks leven zien, bestaat eigenlijk uit talloze fotonen. Single-foton detectoren, zoals de naam al doet vermoeden, zijn ultrahoge gevoeligheidsdetectoren die afzonderlijke fotonen kunnen detecteren. Ze hebben belangrijke toepassingen in kwantumcommunicatie, astronomie, biomedische beeldvorming en andere velden.
"Single-foton detectoren zijn als ogen in het donker, die zwakke lichtsignalen kunnen vastleggen." Detectoren met één fotonen worden beperkt door hun fysieke structuur, en het aantal pixels kan meestal slechts duizenden bereiken, wat hun toepassing beperkt in beeldvorming met hoge resolutie en andere aspecten, "zei Dr. Ding Yi, een onderzoeker bij Hubei Optical Vallei Laboratory.
In astronomische waarnemingen bijvoorbeeld maakt een lager aantal pixels het moeilijk om de details van zwakkere en meer afstandelijke hemellichamen vast te leggen; Bij biomedische microscopische beeldvorming is het ook onmogelijk om te voldoen aan de vereisten voor hoge resolutie opname van fluorescentie-fenomenen op kwantumniveau.
Om dit probleem te overwinnen, heeft het team van Dr. Ding Yi hun aandacht gevestigd op het gebied van computationele beeldvorming. Computationele beeldvorming verschilt van traditionele beeldvormingstechnologie. Het kan de beperkingen van fotodetectoren doorbreken bij de beeldvormingsresolutie, beeldvormingsframesnelheid, enz. Door middel van optische modulatie en signaalverwerking.
"We vereisen niet langer dat elke pixel moet overeenkomen met een fysieke detector, maar laat een enkele detector op verschillende tijdstippen verschillende rollen spelen en uiteindelijk beelden met hoge resolutie herstellen van honderdduizenden of zelfs miljoenen pixels door het coderen van lichtvelden en reconstructie-algoritmen." Ding Yi zei dat het team van het team het internationale geavanceerde niveau heeft bereikt.
Bovendien worden single-foton detectoren gebruikt om analoge signalen uit te voeren. Door middel van onderzoek voltooide het laboratoriumteam de digitale uitlezing van single-foton detectoren op chipniveau. Bij het verkrijgen van signalen met één fotonen kunnen fotonentellingsapparaten worden weggelaten, waardoor het beeldvorming- en detectiesysteem meer geminiaturiseerd en geïntegreerd is en in staat zijn om meer toepassingsscenario's te maken.
Achter de resultaten staan de talloze dagen en nachten van doorzettingsvermogen en toewijding van het wetenschappelijke onderzoeksteam. Aangezien het project eind 2023 werd gelanceerd, zijn de lichten in het laboratorium vaak tot het ochtendgloren om de voortgang in te halen. Om de effectiviteit van het experimentele optische pad en de berekeningsmethoden te verifiëren, voerde het team een groot aantal experimenten uit en verzamelde ze massale gegevens.
"Elke dag heb ik het gevoel dat er niet genoeg tijd is, dus ik wil sneller en sneller gaan om meer high-end apparaten te laten realiseren van binnenlandse vervanging." Ding Yi zei dat het onderzoeksteam momenteel samenwerkt met medische apparaten, detectie op afstand en andere gebieden en het eerste engineeringprototype voor het medische gebied is in ontwikkeling.
Momenteel werkt het onderzoeksteam ook aan een aantal technische problemen, zoals labelvrije nanodeeltjes volgen en tijddomeincompressiebeeldvorming. "De tijd wacht op niemand, en we zijn vol energie om belangrijke kerntechnologieën zo snel mogelijk te overwinnen." Zei Yi.
