Den 11 februari, i Hubei Optics Valley Laboratory, var en svag laserstråle som endast innehöll några fotoner bestrålade biologiska prover. Forskare stirrade på beräkningsresultaten på skärmen: "Bildupplösningen har nått miljoner pixlar.
Pixlarna på mobiltelefonkameror som används dagligen är i allmänhet i tiotals miljoner, eller till och med över 100 miljoner, och kan ta tydliga foton i livet.
Men i vissa speciella scener, såsom djuphav, hög höjd eller i medicinsk testning, är ljussignalen svag och den rumsliga upplösningen är låg, så enfotondetektorer behövs för att fånga bilder.
Fotoner är den grundläggande ljusenheten. Ljuset vi ser i det dagliga livet består faktiskt av otaliga fotoner. Enkelfotondetektorer, som namnet antyder, är ultrahög känslighetsdetektorer som kan detektera enstaka fotoner. De har viktiga tillämpningar inom kvantkommunikation, astronomi, biomedicinsk avbildning och andra fält.
"Enkelfotondetektorer är som ögon i mörkret, vilket kan fånga svaga ljussignaler." Enkelfotondetektorer är begränsade av deras fysiska struktur, och antalet pixlar kan vanligtvis bara nå tusentals, vilket begränsar deras tillämpning i högupplösta avbildning och andra aspekter, "sade Dr. Ding Yi, en forskare på Hubei Optical Valey Laboratory.
Till exempel, i astronomiska observationer, gör ett lägre antal pixlar det svårt att fånga detaljerna om svagare och mer avlägsna himmelkroppar; Vid biomedicinsk mikroskopisk avbildning är det också omöjligt att uppfylla kraven för högupplösta inspelning av fluorescensfenomen på kvantnivå.
För att övervinna detta problem har Dr. Ding Yis team riktat uppmärksamheten på området beräkningsavbildning. Beräkningsavbildning skiljer sig från traditionell bildteknik. Det kan bryta igenom begränsningarna för fotodetektorer vid avbildningsupplösning, bildramfrekvens etc. genom optisk modulering och signalbehandling.
"Vi kräver inte längre att varje pixel måste motsvara en fysisk detektor, men låt en enda detektor spela olika roller vid olika tidpunkter och slutligen återställa högupplösta bilder av hundratusentals eller till och med miljoner pixlar genom kodande lätta fält och rekonstruktionsalgoritmer." Ding Yi sa att teamets teknik har nått den internationella avancerade nivå.
Dessutom används enfotondetektorer som används för att mata ut analoga signaler. Genom forskning slutförde laboratorieteamet den digitala avläsningen av enfotondetektorer på chipnivå. När man erhåller en-fotonsignaler kan fotonräkningsanordningar utelämnas, vilket gör avbildning och detekteringssystem mer miniatyriserade och integrerade och kan möta fler applikationsscenarier.
Bakom resultaten är de otaliga dagarna och nätterna för uthållighet och engagemang för det vetenskapliga forskargruppen. Sedan projektet lanserades i slutet av 2023 är lamporna i laboratoriet ofta på fram till gryningen för att komma ikapp framstegen. För att verifiera effektiviteten hos den experimentella optiska banan och beräkningsmetoderna genomförde teamet ett stort antal experiment och ackumulerade massiva data.
"Varje dag känner jag att det inte finns tillräckligt med tid, så jag vill gå snabbare och snabbare för att få mer avancerade enheter att inse inhemsk substitution." Ding Yi sa att forskarteamet för närvarande samarbetar med medicinsk enhet, fjärravkänningsdetektering och andra områden och den första tekniska prototypen för det medicinska området är under utveckling.
För närvarande arbetar forskarteamet också med ett antal tekniska problem som etikettfri nanopartikelspårning och tidsdomänkomprimering. "Tiden väntar på ingen, och vi är fulla av energi för att övervinna viktiga kärntekniker så snart som möjligt." Ding Yi sa.
