0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

Quest替代EMCCD在超冷原子中的光子定量研究中的应用

jf_64961214 来源:jf_64961214 作者:jf_64961214 2023-03-29 08:06 次阅读

用于超冷原子/离子的光子定量技术

用于超冷原子/离子的光子定量技术包括两种主要方法:Absorption Imaging和Fluorescence Imaging。

Absorption Imaging是一种将超冷原子/离子与激光相互作用来测量其空间分布的方法。该技术使用一个相对弱的探测激光束通过原子云进行传输,并测量出原子云的吸收率。然后,通过与未被原子云遮挡的探测激光束进行比较,可以确定原子云的空间分布。

Fluorescence Imaging则是一种将超冷原子/离子与激光相互作用来测量其空间分布的方法。该技术利用激光将原子或离子激发到高能态,然后它们会通过辐射发射出光子,这些光子可以被探测器检测到。通过分析这些发射出的光子,可以确定原子或离子的空间分布。

这些技术可以用于超冷原子和离子的研究和应用,包括凝聚态物理、量子计算和量子模拟等领域。

超冷原子中的光子定量:Quest代替EMCCD的使用方法。

pYYBAGQjgQ6ALJzFAANMeyqQ9z4675.png

超冷原子研究领域,尤其是针对极弱光的单原子成像中,一般使用的是EMCCD相机,而相对强一些的信号才会想到使用高分辨率、高速、高动态范围的sCMOS相机。

随着光子定量CMOS芯片quantitative CMOS (qCMOS) 的横空出世,独家搭载该芯片的滨松Quest相机改写了这一传统,开创了光子定量成像的新纪元。Quest相机凭借极低的噪声,实现了光子定量(Photon Number Resolving)。光子定量相较于EMCCD的光子计数(Photon Counting),在识别单光子的同时,还做到了识别多光子的光子数目,即对光子进行定量。

超冷原子应用中,开启状态(On state)的原子/离子在激光激发下会发射荧光,而关闭状态(Off state)的原子则不会,这时,就需要qCMOS这样噪声极低的芯片来精确地分辨出这两种状态。成像时,使用相机的ROI功能(region of interest)选取荧光区域。

poYBAGQjgQ-AFqyHAAFBtFnkhSI248.png

如下图所示,只有当相机噪声足够低的时候,才能使两种状态的原子/离子区分开。 因为原子本身的激发荧光非常弱,所以相机噪声稍高,就会使On state和Off state原子/离子所在的像素, 在读出光电子的 过程中因为噪声的引入而无法区分,即没有确定的阈值可以将二者明确分离。

pYYBAGQjgQ-AaSEYAADYKxnLmOs231.png

ROI中荧光强度的灰度直方图

qCMOS与EMCCD处理像素尺寸的差异(关键操作)。

对比滨松的EMCCD C9100-24B来看,EMCCD的像元尺寸是13μm x 13μm,而Quest相机的像元尺寸是4.6μm x 4.6μm.

所 以 如果使用旧EMCCD的光学系统,为了使画面等效,仅用binning来补偿像素大小差异,则会使Quest因像素尺寸小而无法在该系统中体现出光子计数 的优势。

因为EMCCD及CCD类芯片的读出模式是所有像素通过同一套读出电路进行读出;而qCMOS及CMOS类芯片,为了实现CCD技术所无法触及的超低噪声,每一个像素都有单出的一个读出电路(FDA),而每一列像素都配有自己的低通滤波器(LPF)电路。

poYBAGQjgRCAMgbAAACvZDtogNM325.png

在同一个光学系统中,通过Binning(像素合并)使Quest仅从尺寸上来等效EMCCD,则Quest的14 x 14个像素尺寸相当于EMCCD的5 x 5个像素尺寸,然而在做binning时Quest的噪声(以标准模式为例)被倍增了0.43 x 14=6.02,使光子定量功能失效。

为了使二者等效,建议通过变更光学系统的放大倍数来适配Quest的像素尺寸,这时就会得到真实的Quest低噪声所带来的光子计数性能。

EMCCD与qCMOS实测对比效果。

pYYBAGQjgRCAKFASAAEBshdSteY862.png

建议:Quest相机替代EMCCD而充分利用其光子定量优势时,建议优化光学系统的放大倍数,以适配Quest相机的像素尺寸。

相关工程师

poYBAGQjgRGAPVI3AAEoT5T-56E052.png

本文技术文档摘抄于滨松官网 http://share.hamamatsu.com.cn/specialDetail/2017.html#10006-weixin-1-52626-6b3bffd01fdde4900130bc5a2751b6d1

如涉及版权纠纷请联系小编。

关于我们

pYYBAGQjgRKAdRemAAIS7kDDlwU011.png



审核编辑黄宇

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 芯片
    +关注

    关注

    452

    文章

    50179

    浏览量

    420662
  • EMCCD
    +关注

    关注

    0

    文章

    13

    浏览量

    13826
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    基于LIBS的马铃薯铬元素定量分析方法研究

    样品,并调整实验参数采集马铃薯光谱数据;然后针对光谱数据的噪声和基线漂移的问题对光谱数据进行前期处理;最后采用绝对强度法定量分析Cr元素,同时,计算模型评价指标以评估定量性能。通过实验和数据分析,验证LIBS技术的可行性。 二
    的头像 发表于 10-30 18:11 136次阅读
    基于LIBS的马铃薯<b class='flag-5'>中</b>铬元素<b class='flag-5'>定量</b>分析方法<b class='flag-5'>研究</b>

    高分辨红外单光子测距系统原理分析

    据麦姆斯咨询报道,近日,华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室黄坤研究员与曾和平教授团队红外单光子测距方面取得进展,研制了具有单光子
    的头像 发表于 10-22 14:51 182次阅读
    高分辨<b class='flag-5'>中</b>红外单<b class='flag-5'>光子</b>测距系统原理分析

    替代AD7606,国产ADC电池化成的应用

    替代AD7606,国产ADC电池化成的应用
    的头像 发表于 08-01 10:14 395次阅读
    <b class='flag-5'>替代</b>AD7606,国产ADC<b class='flag-5'>在</b>电池化成<b class='flag-5'>中</b>的应用

    EMCCD:基础知识

    图 1:EMCCD 传感器示意图。光子图像捕获区域内被收集并转化为光电子,然后转移到存储区域。然后,这些电子扩展乘法寄存器中被放大,从而在不增加任何读取噪声的情况下增加产生的信号。
    的头像 发表于 07-11 06:38 324次阅读
    <b class='flag-5'>EMCCD</b>:基础知识

    EMCCD相机与ICCD相机在三个性能上的比较分析

      随着光子探测领域对探测器灵敏程度要求的不断提高,EMCCD相机随之应运而生。EMCCD相机凭借其优越的性能得到了很多行业的肯定,所以也有人把EMCCD相机与ICCD相机拿出来做比
    的头像 发表于 06-07 06:36 344次阅读

    光是如何在光子集成电路传播的

    首先,我们需要理解的是光的基本理论。光是由微粒,称为光子,组成的。光子是一种无质量的粒子,它以光速空间中传播。当光子通过媒质(如空气、水或玻璃)时,它们会与媒质
    的头像 发表于 05-22 12:32 187次阅读

    西安光机所在表面非线性光子学领域获得新进展

    图1.表面结构的电场分布(a-b)没有ENZ薄膜(d-f)有ENZ薄膜 近日,中科院西安光机所瞬态光学与光子技术国家重点实验室非线性光子技术及应用课题组
    的头像 发表于 04-25 06:34 383次阅读
    西安光机所在<b class='flag-5'>超</b>表面非线性<b class='flag-5'>光子</b>学领域获得新进展

    lora通讯技术链冷库的应用

    食品在运输和储藏过程的温湿度监测是具有非常重要实际意义。其特点是:食品对温度变化特别敏感,容易引起食品变质。因此在运输和储藏要求严格控制温度的变化。专业的链运输、冷库储藏企业要实现对客户
    的头像 发表于 03-12 14:54 399次阅读
    lora通讯技术<b class='flag-5'>在</b><b class='flag-5'>冷</b>链冷库<b class='flag-5'>中</b>的应用

    利用多功能构透镜变革固态单光子研究

    量子光子学是量子领域的重要研究方向之一,它利用了光在量子水平的独特特性。
    的头像 发表于 02-23 10:50 662次阅读
    利用多功能<b class='flag-5'>超</b>构透镜变革固态单<b class='flag-5'>光子</b>源<b class='flag-5'>研究</b>

    COMSOL Multiphysics材料与表面仿真中的应用

    作为一款强大的多物理场仿真软件,为材料和表面的研究提供了强大的仿真工具。本文将重点介绍COMSOL Multiphysics周期性
    发表于 02-20 09:20

    EMCCD的工作原理

    EMCCD(Electron Multiplying Charge Coupled Device)全称是电子倍增电耦合器件,它与普通CCD的最大区别在于多了一个片内倍增寄存器。
    的头像 发表于 12-25 06:38 701次阅读
    <b class='flag-5'>EMCCD</b>的工作原理

    研究人员发现光子探测新技术

      佛罗里达大学研究员、纳米科学技术中心教授Debashis Chanda开发了一种新技术来检测光子——从可见光到无线电频率的基本粒子,携带细胞通信方面起着重要作用。 这一进步可能
    的头像 发表于 12-21 06:35 326次阅读

    电路设计的“热地”和“地”

    只有 “ 热地 ” 的问题,整得跳闸了好几次 = =!跳闸的原因就得先了解电路的不同的地了。 所以,本文我们就来讲讲电路的 “ 热地 ” 和 “地 ”。 我是矜辰所致,全网同名,尽量用心写好每一系列文章,不浮夸,不将就,认
    的头像 发表于 12-05 08:10 1651次阅读
    电路设计<b class='flag-5'>中</b>的“热地”和“<b class='flag-5'>冷</b>地”

    电子和光子的定义、含义和区别

    光子和电子是两种基本的量子力学粒子,但它们具有完全不同的性质。光子是一-种作为 能量载体的基本粒子,但电子是- -种亚原子粒子,存在于所有原子
    的头像 发表于 12-01 10:28 2560次阅读
    电子和<b class='flag-5'>光子</b>的定义、含义和区别

    一项新研究有望解决灵敏量子传感器开发的关键障碍

    哥本哈根大学尼尔斯-玻尔研究所(NBI)的一项新研究有望解决灵敏量子传感器开发的关键障碍。 实验设置示意图 量子传感器监测胎儿心跳以及
    的头像 发表于 11-11 09:03 734次阅读
    一项新<b class='flag-5'>研究</b>有望解决<b class='flag-5'>超</b>灵敏量子传感器开发<b class='flag-5'>中</b>的关键障碍