單光子態(tài)是不同于傳統(tǒng)相干光源的一種新型量子態(tài)，隨著單光子技術(shù)的發(fā)展，高效穩(wěn)定、具有高度不可分辨性的單光子源在量子信息和量子計算等領(lǐng)域得到應(yīng)用和發(fā)展。以下是 qCMOS相機對單光子源成像案例。

案例：量子點光源

關(guān)鍵詞：量子點

拍攝條件：InAs/GaAs自主裝半導(dǎo)體量子點，溫度6 K，發(fā)光波長900 nm，曝光時間100/10 ms

通過實驗室自主搭建的低溫共聚焦成像系統(tǒng)，對發(fā)光波長在900 nm的InAs/GaAs自主裝半導(dǎo)體量子點進行帶上激發(fā)&成像，分別讓EMCCD和 Hamamatsu qCMOS相機在各自高信噪比模式和高幀速模式下，對客戶所關(guān)心的量子點單光子源的成像品質(zhì)和成像耗時進行對比。

對于高幀速下的成像耗時，qCMOS相機比EMCCD有明顯優(yōu)勢，qCMOS相機可以在10 ms曝光時間下，對量子點進行高速尋址而EMCCD無法做到，滿足了客戶對高幀速采集單光子需求?？偟膩碚fqCMOS相機有分辨率、幀率兼信噪比高的特性，產(chǎn)品具有較高的參數(shù)指標，在短曝光時間時相比于EMCCD有較明顯優(yōu)勢。

案例：SPDC

關(guān)鍵詞：SPDC，糾纏光子對

拍攝條件：810 nm雙光子對，10/100 ms曝光，bin4x4

利用參量下轉(zhuǎn)換過程產(chǎn)生810 nm的軌道角動量糾纏的雙光子對，利用濱松的SLM對其進行操作和測量。將qCMOS相機放置在SLM之后觀察參量下轉(zhuǎn)換光子攜帶OAM的情況?？梢院芮逦目吹讲煌壍澜莿恿抗鈭龇植迹旁氡群糜谕愊鄼C，光子數(shù)分辨功能非常強大。

案例：SPDC

關(guān)鍵詞：單光子探測，衰減相干光

拍攝條件：390 nm激光

本實驗以相機對390 nm激光經(jīng)過透鏡聚焦后入射BBO(Beam-Like型)晶體中產(chǎn)生的780 nm參量光(出射角約為3°)進行成像。

其一是由空間光調(diào)制器(SLM)加載渦旋相位屏制備的渦旋光束;其二是由空間光調(diào)制器(SLM)加載疊加態(tài)相位屏制備的軌道角動量疊加態(tài)光束 對上述兩種光束分別采用弱相干光作為光源和參量光作為光源，在不同曝光時間下測量其強度分布，以測試相機對其形狀的分辨能力。使用780 nm激光管產(chǎn)生一束25mw左右的激光，經(jīng)過60 dB的衰減之后衰減到10 nw量級。 參量光在進入測試光路前強度約為2×106光子/s，在光路中需經(jīng)過空間光調(diào)制器進行調(diào)制，再經(jīng)過光路形成光斑，最后入射到相機中心，進入相機的光子數(shù)約為1×104光子/s。

用濱松ORCA-Quest qCMOS相機以及EMCCD相機在相同曝光時間下，測試了渦旋光束和軌道角動量疊加態(tài)屏的效果。 當入射光為衰減后的相干光時，進入相機的光強是 nw量級，此時曝光時間較短約為1 ms，EMCCD有明顯的smear效應(yīng)，此時的qCMOS相機測試得到的渦旋光束和疊加態(tài)強度分布均比EMCCD具有更高的對比度，邊緣也更清晰。

不同曝光時間及增益的成像效果如下：根據(jù)實測用戶反饋，在弱光探測上面，qCMOS相機分辨率、幀率兼具信噪比高，產(chǎn)品具有較高的參數(shù)指標，其配套的軟件操作簡單方便。

案例：單光子源

關(guān)鍵詞：弱光信號

拍攝條件：1 ms曝光，bin2x2

在測試弱光場下，633 nm的光束經(jīng)過渦旋波片處理后的強度分布，弱光信號經(jīng)過渦旋波片被探測器接受，測量qCMOS相機最弱能夠探測到的光子數(shù)。如圖所示，該實驗中qCMOS相機可探測1.8個光電子/像素的光強，但還未達到相機的探測極限，可以探測更弱信號。

案例：鈹離子

關(guān)鍵詞：弱光成像

拍攝條件：1000 ms曝光，背光條件，bin2x2

模擬弱光衰減光源的實驗背景下，測試紫外光(395 nm)背光條件中，相機對USAF分辨率卡的成像效果。測試的重要參數(shù)指標包括清晰度、弱光探測效果及信噪，調(diào)節(jié)光路至相機可以清晰成像，不斷增大衰減參數(shù)，觀察并記錄相機的成像效果。從左至右依次衰減光強，得到的如下圖的成像質(zhì)量，該實驗中可以得到清晰成像，在后續(xù)的鈹離子探測實驗中有良好效果。

案例：量子點光源

關(guān)鍵詞：單光子

拍攝條件：1000 ms曝光，bin2x2

用旋涂法制得的膠體量子點樣片，在常溫下可以發(fā)射單光子。將相機直接安裝在顯微鏡成像出口上觀察膠體量子點的單光子熒光。

下圖為Fusion BT相機拍攝效果，從圖中可以看出，相機可以看到量子點的單光子熒光，如用qCMOS相機，效果更佳。

審核編輯黃宇