由于其独特的生化特异性，结合中红外照明的显微镜技术在一系列生物医学和工业应用中具有广阔的前景。但是，这种方法主要受探测范围的影响。由于其独特的生化特异性，结合中红外照明的显微镜技术在一系列生物医学和工业应用中具有广阔的前景。然而，这种方法主要受到探测范围的限制。在这种情况下，现有的中红外(mid-IR)探测技术通常与劣质方法相结合，这些方法也很昂贵。在现在发表于《科学进展》的新报告中，Inna Kviatkovsky和德国物理、实验和临床研究及分子医学研究团队发现，纠缠光的非线性干涉测量技术为中红外显微镜提供了有力的工具。实验只需要使用硅基摄像头进行近红外探测。他们开发了一个原理验证实验，以显示覆盖3.4至4.3微米(微米)宽波长范围的宽视场成像。该技术适用于获取中红外生物组织样本的显微图像。这项工作形成了一种与生命科学中的量子成像潜在相关的独创方法。
中红外成像
显微镜和中红外成像广泛应用于生物学、医学、环境科学和微流体学。例如，研究人员可以利用中红外光感知特定分子独特的旋转和振动模式作为“光谱指纹”，从而克服标记的需要。这种无标记的非侵入性技术对于大部分无变化的活组织中的生物成像过程非常重要。傅里叶变换红外光谱是最新的中红外成像技术，它在很大程度上依赖于宽带红外光源和探测器。然而，红外探测器在技术上具有挑战性，价格昂贵，有时需要低温冷却。为了避免对红外探测器的需求，研究人员必须开发相干拉曼光谱和反斯托克斯散射显微镜。他们以明显不同的方式利用纠缠光子对的干涉。这对光子的波长差别很大，在成像波长上不需要激光源或探测器。在这项工作中，Kviatkovsky等人的高度多模量子非线性干涉仪被用作仅使用中等功率可见光激光器和标准定制的金属氧化物半导体(CMOS)相机在中红外区域进行显微成像的强有力工具。他们导出了具有高度非简并光子对的宽视场成像的视场和分辨率的显式公式。
布局的特点。未放大和放大的图像和数据分别显示为橙色和绿色。(a)非放大和放大设置的测量视场分别为910082和8199 m。(b)边缘响应函数适用于两个成像设备的数据。(c)非放大和放大设置的测量分辨率分别为3225和355微米。提出了每种排列可以解决的分辨率目标中的最小特征。导致分辨率和FoV缩放的10x放大倍数显示为水平方向上的窄延伸(在图中用绿色阴影矩形突出显示)。橙色刻度对应2mm，绿色刻度对应0.1mm.以1秒的积分时间和200(400)-MW的泵浦功率获得未扩展(放大)的图像。
实验装置
科学家通过使周期性极化的磷酸氧钛钾(ppKTP)晶体以折叠的迈克尔逊几何形状(干涉图案)通过两次，开发出了一种非线性干涉仪。泵浦通过自发参量下转换两次穿过晶体，产生一对信号和闲置光子(SPDC)——这是一个非线性光学过程，在光学实验室中光子自发分裂成另外两个能量较低的光子。SPDC方法构成了当前实验室很多量子光学实验的基础，涵盖了量子密码学，量子计量学甚至可以促进量子力学基本定律的检验。和信号空闲模式在晶体的第一次通过之后对准，传播回第二次通过，并完全重叠以产生两个光子。克维亚特科夫斯基等。通过用CMOS相机观察信号光子来测量干涉，并且这种设置是在没有复杂或昂贵的部件的情况下实现的。该团队设计了一种用于高度非简并信号和闲频波长的非线性晶体，并使用以下方法选择闲频波长：宽带相位匹配。通过这种方式，实验允许同时检索样本的空间分辨率相位和振幅信息，团队使用现成的CMOS相机来表征中红外成像特性，以检测和收集生物样本的显微图像。
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