研究人员使用纠缠光子演示了非破坏性的中红外成像

据悉，研究人员已经证明，纠缠光子可用于提高光学相干层析成像(OCT)在高散射材料中的穿透深度。该方法是在中红外波段进行OCT的一种方法，可用于陶瓷和油漆样品等材料的无损检测和分析。
       OCT是一种提供表面下结构详细三维图像的无损成像方法。OCT通常使用可见光或近红外波长进行，因为这些波长的光源和探测器很容易获得。然而，这些波长并不能穿透非常深的高散射或多孔材料。
       在《Optica》上，来自德国和奥地利的研究小组，演示了处于概念验证阶段的一个实验—基于超宽带纠缠光子对红外OTC。实验表明，这种方法可以利用相对紧凑、直接的光学装置产生高度散射样本的高质量的二维和三维图像。研究人员表示，他们的方法不需要宽带中红外源或探测器，这使得开发在这些波长下工作的实用OCT系统具有挑战性。
       该技术可用于许多应用，包括分析飞机和汽车上的复杂涂料层或监测药物上的涂料。它还可以提供详细的3D图像，这将有助于艺术保护。
利用量子力学
       当光子纠缠在一起时，它们的行为就好像它们可以立即相互影响一样。这种量子力学现象对于许多正在开发中的量子技术应用是必不可少的，如量子传感、量子通信或量子计算。对于这项技术，研究人员开发了一种非线性晶体并申请了专利，这种晶体可以产生波长非常不同的宽带光子对。其中一个光子的波长很容易被标准设备检测到，而另一个光子处于中红外范围，这使得检测很困难。当难以检测到的光子照亮样本时，它们会以一种仅用容易检测到的光子就可以测量的方式改变信号。
    “由于技术的挑战，我们的技术使得在传统的难以处理的波长范围内获得有用的测量数据变得容易，”这项研究的设计者和指导人说，“此外，我们使用的激光器和光学器件并不复杂，而且比目前中红外OCT系统使用的激光器和光学器件更紧凑、更耐用、更经济。”
微光成像 
      为了演示这项技术，研究人员首先证实了他们的光学装置的性能与理论预测相符。他们发现，与最近开发的少数几种传统的中红外OCT系统相比，他们可以使用少了6个数量级的光来实现相同的信噪比。
      他们表示非常惊讶，除了光本身的量子噪声之外，在测量中没有发现任何噪声。这也解释了为什么可以在如此微弱的光线下获得良好的信噪比。研究人员在一系列真实世界的样本上测试了他们的设置，包括高度分散的油漆样本。他们还分析了两个900微米厚的氧化铝陶瓷堆，其中包含激光研磨的微通道。中红外照明使研究人员能够捕获深度信息，并创建通道结构的完整三维重建。氧化铝陶瓷中的孔使得这种材料可以用于药物检测和DNA检测，但也会在传统的OCT波长上产生高散射。
       研究人员已经开始与来自工业界和其他研究机构合作，以开发一个紧凑的OCT传感器头和全系统用于试点商业应用。

图：（a）基本工作原理；（b）实验装置