北京
图1：使用Prime BSI Express相机拍摄的组织样本代表性图像。样本在未使用显微镜物镜的情况下，使用810 nm的SPDC光子进行照明。图像已进行去噪处理(这对于实时样本对准而言是多余的)。
背景
纳米与量子光学研究组的Frank Setzpfandt博士和Vira Besaga博士正在研究利用量子光进行各种传感和成像的方法。这涉及非经典光态的产生及其应用，并结合了理论和实验方法。
该研究组近期开发的一种传感方法是量子增强的基于偏振的传感技术。该技术利用偏振纠缠光子对来检测具有复杂结构的脆弱样本，通过量子关联提取比经典方法所能获取的更多信息。
虽然这是一个新兴领域，仍有许多基础问题待解决，但对已开发系统的进一步优化至关重要。实现最佳传感状态将能够对复杂样本进行高灵敏度、非侵入性的分析，从而比传统方法具有显著优势。
挑战
传感过程涉及通过自发参量下转换(SPDC)产生偏振纠缠光子对，将其中一个光子引导与样品相互作用，并分析样品如何改变双光子态。虽然最近的原理验证实验已证明了该方法的可行性，但仍需进一步开发和优化——特别是在实现用于空间分辨率研究的可控探测方面。
主要挑战包括对入射光束特性的精确控制，例如照明光斑的大小、轮廓，以及光斑尺寸与样品结构特征尺寸之间的关系。目前的策略依赖于单光斑传感结合样品平移。
有效的传感需要能够同时可视化样品和由SPDC光子产生的照明光斑的能力。这需要一种低噪声、高效率且能够实时成像的相机传感器。为了确保稳健的传感性能并最大限度地减少光学损耗，装置通常设计得非常紧凑。然而，这带来了挑战，例如用于监测样品照明的辅助成像路径空间有限。
此外，空间限制了高倍率光学元件(如显微镜物镜)的使用，使得相机传感器的像素尺寸对于实现足够的分辨率至关重要。由于光子在810 nm处产生以匹配生物样品的光学特性，它们处于硅基相机的低效率范围内，使得探测器噪声成为一个关键因素。
[Prime BSI Express] 紧凑轻便，可实现低噪声数据采集，让我们能够进行实时对齐。——Vira Besaga 博士
解决方案
Prime BSI Express sCMOS 相机是该应用的理想解决方案。Besaga 博士概述了他们使用 Prime BSI Express 的经验：“这款相机体积小巧、重量轻，且无需水冷或液体冷却即可提供低噪声性能。这些特性使得该设备能够轻松集成到密集的光学装置中，即使是垂直配置，也不会引入不必要的机械振动。”
尽管我们的实验装置存在一些限制，但它能够实现低噪声数据采集，并在所需光谱范围内提供足够的灵敏度，使我们能够在无需紧密聚焦的情况下观察样品并进行实时对准。虽然我们没有直接将该相机用于量子成像，但它在以合理的成本开发新型传感模式方面发挥着至关重要的作用。
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