研究人员展示了使用纠缠光子的无损中红外成像

研究人员已经表明，纠缠光子可以用来提高光学相干断层扫描在高散射材料中的穿透深度。该方法代表了一种在中红外波长下进行光学相干断层扫描的方法，可用于陶瓷和油漆样品等材料的无损检测和分析。

光学相干断层扫描是一种无损成像方法，可以提供地下结构的详细三维图像。光学相干断层扫描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，这些波长不能深入到高散射或多孔材料中。

在光学协会(OSA)高冲击研究杂志Optica上，来自德国柏林洪堡大学的Aron Vanselow和他的同事，以及奥地利无损检测有限公司研究中心的合作者演示了中红外OCT的概念实验，以证明超宽带纠缠光子对。他们表明，这种方法可以用相对紧凑和简单的光学设置生成高度分散的样品的高质量二维和三维图像。

Vanselow说：“我们的方法消除了在宽带中对红外光源或探测器的需求，这对在这些波长下工作的实用OCT系统的发展提出了挑战。”"它代表了纠缠光子与传统技术竞争的第一个实际应用."

这项技术可能在许多应用中有用，包括分析飞机和汽车上使用的复杂涂层或监控医药中使用的涂层。它还可以提供详细的三维图像，这对艺术保存非常有用。

进入量子力学

当光子纠缠在一起时，它们表现得好像可以立即相互影响。量子力学的这一现象对于许多正在发展的量子技术应用非常重要，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。一个光子的波长很容易被标准设备探测到，而另一个光子在中红外范围，所以很难探测到。当难以探测的光子照射样本时，它们会改变信号，使得只有易于探测的光子才能被测量。

“由于技术上的挑战，我们的技术使得在传统上难以处理的波长范围内获得有用的测量结果变得容易，”构思和指导这项研究的斯文拉梅洛(Sven Ramelow)说。“此外，与目前中红外OCT系统中使用的激光器和光学器件相比，它们更简单、更紧凑、更耐用、更具成本效益。”

光线较少的图像

为了证明这项技术，研究人员首先确认其光学器件的性能与理论预测一致。他们发现，与最近开发的少数传统中红外光学相干断层扫描系统相比，它们可以将光减少六个数量级，以实现相同的信噪比。

Ramilo说：“我们非常惊讶地发现，在测量中没有发现光本身固有量子噪声之外的噪声。”“这也解释了为什么我们可以用这么少的光达到很好的信噪比。”

研究人员在一系列真实样本(包括高度分散的油漆样本)上测试了它的设置。他们还分析了两个900微米厚的氧化铝陶瓷层压板，其中包含激光铣削微通道。中红外照明使研究人员能够捕捉深度信息，并创建通道结构的完整3D重建。氧化铝中的孔隙使这种材料不仅可用于药物测试和脱氧核糖核酸检测，而且在传统的光学相干断层扫描波长下具有高度散射性。

研究人员已经开始与工业和其他研究机构的合作伙伴合作，开发紧凑型光学相干断层扫描传感器头和完整的系统，用于试点商业应用。

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