Исследователи из Университета Колорадо в Боулдере разработали одни из самых точных секундомеров - не для измерения времени олимпийских спринтеров и пловцов, а для подсчета одиночных фотонов или крошечных энергетических пакетов, из которых состоит свет.
Изобретение команды может привести к значительным улучшениям в ряде технологий визуализации - от датчиков, отображающих целые леса и горные хребты, до более точных устройств, которые могут диагностировать такие заболевания человека, как болезнь Альцгеймера и рак. Группа опубликовала свои результаты на этой неделе в журнале Optica .
Боуэн Ли, ведущий автор нового исследования, сказал, что исследование сосредоточено на широко применяемой технологии, называемой коррелированным по времени подсчетом одиночных фотонов (TCSPC). Это немного похоже на таймеры, которые можно видеть на Олимпийских играх: ученые сначала направляют лазерный луч на образец по своему выбору, от отдельных белков до массивного геологического образования, а затем записывают фотоны, которые отражаются от них. Чем больше фотонов соберут исследователи, тем больше они смогут узнать об этом объекте.
«TCSPC дает вам общее количество фотонов. Он также показывает время, когда каждый фотон попадает в ваш детектор», - сказал Ли, научный сотрудник отдела электротехники, вычислительной техники и энергетики (ECEE) в CU Boulder. «Он работает как секундомер».
Теперь этот секундомер стал лучше, чем когда-либо. Используя сверхбыстрый оптический инструмент, называемый «временной линзой », Ли и его коллеги показывают, что они могут измерять приход фотонов с точностью, более чем в 100 раз превосходящей существующие инструменты.
Шу-Вэй Хуанг, автор-корреспондент нового исследования, добавил, что квантово-временная линза группы работает даже с самыми дешевыми устройствами TCSPC, доступными на рынке.
«Мы можем добавить эту модификацию практически к любой системе TCSPC, чтобы улучшить ее однофотонное временное разрешение», - сказал Хуанг, доцент ECEE.
Исследование является частью недавно запущенного центра квантовых систем стоимостью 25 миллионов долларов, созданного через Entangled Science and Engineering (Q-SEnSE) под руководством CU Boulder.
Технология, впервые разработанная в 1960 году, произвела революцию в восприятии мира людьми. Эти счетчики фотонов являются важными компонентами лидарных датчиков (или датчиков обнаружения и определения расстояния), которые исследователи используют для создания геологических карт. Они также проявляются в более мелкомасштабном подходе к визуализации, называемом микроскопией времени жизни флуоресценции. Врачи используют эту технику для диагностики некоторых заболеваний, таких как дегенерация желтого пятна, болезнь Альцгеймера и рак.
