第十五届全国量子成像学术会议于9月7日在杭州圆满闭幕,该会议是基于量子物理及受相关量子效应启发的新型成像机理、方法、技术与应用的学术会议,旨在发展新型成像技术及应用。会议汇聚国内多所高校与研究所的专家学者,围绕单像素成像、量子成像新方法等专题展开研讨。
中科君达视界携自主研发的千眼狼sCMOS科学相机Gloria系列亮相,并向与会专家学者展示了量子与光子学关键研究领域中的应用。
作为光学与量子物理交叉的前沿领域,量子成像核心需求在于捕捉极弱光子信号并解析量子态的演化。需要成像设备具备光子级探测灵敏度的能力以捕捉极微弱信号,具备亚电子级的读出噪声能力以保证图像数据的信噪比,同时具备微秒级时序同步精度以实现与量子操控设备、激光设备等联动控制。
中科君达视界自研的千眼狼Gloria系列科学相机为应对量子成像挑战而生,全系采用通过EMVA1288国际标准认证的科学级背照式sCMOS传感器,在量子效率、噪声控制、时序同步等方面实现能力跃升:
量子效率:峰值量子效率≥95% @560 nm,覆盖190~1100 nm光谱范围,支持从紫外到近红外的极弱光信号捕获。
读出噪声:采用风冷+水冷技术,最大制冷温差可达45~60°C,水冷模式下,暗电流低至0.2 e-/pixel/s,有效抑制热噪声,保证实验本底长时间内保持稳定,满足量子实验长期观测需求。
时序同步:支持边沿、电平、全局重置等多种触发模式,时间戳精度达1μs,能无缝对接激光脉冲、时序控制器,确保成像和量子操控的时序零偏差。
✦本次会议,中科君达视界的应用工程师们重点展示了千眼狼sCMOS相机在以下领域的应用:✦
应用1-冷离子云成像测量
冷离子云是验证本征态热化假说ETH的理想量子系统。冷离子云从非平衡态向稳态驰豫过程的成像面临信号微弱、动态范围要求高的挑战。EMCCD相机成像存在增益不稳定需频繁校准,以及乘性噪声降低了有效效率,动态范围受限,难以同步捕获冷离子云的亮/暗区域细节。
中科君达视界提供的千眼狼高性能sCMOS相机Gloria 1605,拥有800×600分辨率,16 μm大像元尺寸,<1 e-低读出噪声,90.7% QE,模数转化位深16 Bit,40000:1高动态范围极致参数,可显著提升图像质量与信噪比。配备532 nm激光照亮,曝光时间为100 ms,采用低噪声模式,并通过灵活使用色阶调节对比度增强显示效果的技术,实现真空腔内囚禁的冷离子云清晰、稳定成像。通过sCMOS相机捕捉的时间序列图像,结合科学成像软件ROI灰度统计功能,可精确量化量子动力学涨落,可为ETH理论验证提供数据支持。
应用2-金刚石NV色心荧光成像
金刚石氮空位(NV)色心是性能卓越的固态量子传感器,其荧光强度随外界磁场发生细微变化。传统CCD相机、CMOS相机读出噪声高、满阱容量有限,易出现读出噪声主导现象,无法实现弱光信号探测。
中科君达视界研发的千眼狼sCMOS科学相机Gloria 4.2具备1.2 e-的超低读出噪声与16 Bit高动态模式,捕获金刚石NV色心发生塞曼跃迁时的荧光信号灰度值变化。通过相机高动态模式下捕获的16 Bit图像数据,解析GS级弱磁场引起的微弱灰度波动,为神经元动作电位磁场探测、量子器件性能表征提供实验工具。
应用3-单分子荧光成像
单分子荧光成像主要用于揭示生命科学领域蛋白质折叠、核酸互作、酶动力学等微观机制,要求成像系统具备检测数十光子量级的单分子发射信号的能力,且能避免邻近强荧光标记或背景信号的饱和。
中科君达视界的Gloria 1605 sCMOS相机,专为弱光探测设计,16 μm大像元设计结合90.7% QE,可高效捕获20光级的单分子弱荧光信号,93 dB高动态范围与70 ke-满阱容量,可确保弱荧光信号不被噪声淹没,又能防止强信号区域饱和。且相较于EMCCD,Gloria 1605在保持同等性能同时,采购成本降低约50%,降低科研门槛。
量子成像理论与技术方面的发展离不开科学成像设备的支撑,千眼狼致力于将看不见的量子态转化为“可观可测”的科学数据,为量子成像科研工作者提供高效的成像解决方案。
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