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北京理工大学物理学院实现量子全息显微技术重大突破
2025年02月18日 15:36:14
来源：Ky开元集团 点击量：5298
北京理工大学物理学院张向东教授课题组在量子显微技术领域取得重大突破，成功实现基于偏振纠缠量子全息技术的量子全息显微（QHM），具有高相位分辨率和强抗噪声能力，为透明样本的定量分析开辟新途径。实验结果表明，QHM能准确重建样本相位分布，适用于生物样本等，具有广阔应用前景，如工业生产检测、医学诊断等。
近日，北京理工大学物理学院张向东教授课题组在量子显微技术领域取得了重大突破，他们基于偏振纠缠量子全息技术，成功实现了量子全息显微(QHM)，为透明样本的定量分析开辟了新的途径。相关研究成果以“Quantum Holographic Microscopy”为题，发表在国际知名期刊Laser & Photonics Reviews上。
相位显微技术作为对近乎透明生物样本进行分析的重要手段，已经在过去的二十年中得到了快速发展。然而，传统显微镜在测量这些样本时，易受环境噪声和系统稳定性的影响，导致灵敏度和分辨率受限，重建图像的信噪比也相对较低。为了克服这些限制，量子显微技术应运而生。该技术利用量子关联测量，有效减少了环境噪声对系统的影响，提高了系统的鲁棒性，为光学显微镜的灵敏度提升提供了新的思路。
张向东教授课题组针对现有量子相位显微镜分辨率低、适用范围窄等问题，构建了基于偏振纠缠量子全息技术的QHM方案。该方案包含了纠缠源、扫描显微系统和量子探测部分。通过引入偏振纠缠光子源，并利用空间光调制器和显微物镜组成的扫描显微系统，实现了对样本的精确扫描。同时，通过符合测量技术，成功提取了样本的相位信息。
实验结果表明，QHM具有高相位分辨率和强抗噪声能力。在测量螺旋相位板、线性变化相位样本和阶梯式变化相位样本时，QHM均能够准确重建样本的相位分布，且与理论结果高度吻合。此外，QHM在测量生物样本时也展现出独特优势。通过对番茄和草履虫等生物样品的重建相位分布实验，QHM不仅能够区分不同样品类型中的细胞分布，还能够识别同一细胞中不同物质含量，甚至能够清晰看到细胞内物质的分布。
这一技术突破为透明样本的定量分析提供了新的方法。通过QHM获得的图像，可以用于计算细胞体积、折射率、干质量、细胞形状等细胞参数，这些参数在细胞生物学研究中具有重要意义。此外，QHM在工业生产、医学诊断等领域也具有广阔的应用前景。例如，在工业生产中，QHM可以用于检测微小缺陷和污染物；在医学诊断中，QHM可以用于观察和分析细胞结构和功能异常，为疾病的早期发现和治疗提供有力支持。
未来，张向东教授课题组将继续优化QHM方案，进一步突破空间分辨率限制，缩短检测时间，提高系统的实用性和可靠性。同时，他们还将探索QHM在更多领域的应用，推动该技术的广泛发展和应用。这一技术突破不仅为量子显微技术领域注入了新的活力，也为透明样本的定量分析提供了新的思路和解决方案。
素材来源：北京理工大学
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