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第十五屆全國量子成像學術會議于9月7日在杭州圓滿閉幕,該會議是基于量子物理及受相關量子效應啟發的新型成像機理、方法、技術與應用的學術會議,旨在發展新型成像技術及應用。會議匯聚國內多所高校與研究所的專家學者,圍繞單像素成像、量子成像新方法等專題展開研討。

中科君達視界攜自主研發的千眼狼sCMOS科學相機Gloria系列亮相,并向與會專家學者展示了量子與光子學關鍵研究領域中的應用。
作為光學與量子物理交叉的前沿領域,量子成像核心需求在于捕捉極弱光子信號并解析量子態的演化。需要成像設備具備光子級探測靈敏度的能力以捕捉極微弱信號,具備亞電子級的讀出噪聲能力以保證圖像數據的信噪比,同時具備微秒級時序同步精度以實現與量子操控設備、激光設備等聯動控制。
中科君達視界自研的千眼狼Gloria系列科學相機為應對量子成像挑戰而生,全系采用通過EMVA1288國際標準認證的科學級背照式sCMOS傳感器,在量子效率、噪聲控制、時序同步等方面實現能力躍升:
量子效率:峰值量子效率≥95% @560 nm,覆蓋190~1100 nm光譜范圍,支持從紫外到近紅外的極弱光信號捕獲。
讀出噪聲:采用風冷+水冷技術,最大制冷溫差可達45~60°C,水冷模式下,暗電流低至0.2 e-/pixel/s,有效抑制熱噪聲,保證實驗本底長時間內保持穩定,滿足量子實驗長期觀測需求。
時序同步:支持邊沿、電平、全局重置等多種觸發模式,時間戳精度達1μs,能無縫對接激光脈沖、時序控制器,確保成像和量子操控的時序零偏差。

?本次會議,中科君達視界的應用工程師們重點展示了千眼狼sCMOS相機在以下領域的應用:?
應用1-冷離子云成像測量
冷離子云是驗證本征態熱化假說ETH的理想量子系統。冷離子云從非平衡態向穩態馳豫過程的成像面臨信號微弱、動態范圍要求高的挑戰。EMCCD相機成像存在增益不穩定需頻繁校準,以及乘性噪聲降低了有效效率,動態范圍受限,難以同步捕獲冷離子云的亮/暗區域細節。
中科君達視界提供的千眼狼高性能sCMOS相機Gloria 1605,擁有800×600分辨率,16 μm大像元尺寸,<1 e-低讀出噪聲,90.7% QE,模數轉化位深16 Bit,40000:1高動態范圍極致參數,可顯著提升圖像質量與信噪比。配備532 nm激光照亮,曝光時間為100 ms,采用低噪聲模式,并通過靈活使用色階調節對比度增強顯示效果的技術,實現真空腔內囚禁的冷離子云清晰、穩定成像。通過sCMOS相機捕捉的時間序列圖像,結合科學成像軟件ROI灰度統計功能,可精確量化量子動力學漲落,可為ETH理論驗證提供數據支持。
應用2-金剛石NV色心熒光成像
金剛石氮空位(NV)色心是性能卓越的固態量子傳感器,其熒光強度隨外界磁場發生細微變化。傳統CCD相機、CMOS相機讀出噪聲高、滿阱容量有限,易出現讀出噪聲主導現象,無法實現弱光信號探測。
中科君達視界研發的千眼狼sCMOS科學相機Gloria 4.2具備1.2 e-的超低讀出噪聲與16 Bit高動態模式,捕獲金剛石NV色心發生塞曼躍遷時的熒光信號灰度值變化。通過相機高動態模式下捕獲的16 Bit圖像數據,解析GS級弱磁場引起的微弱灰度波動,為神經元動作電位磁場探測、量子器件性能表征提供實驗工具。
應用3-單分子熒光成像
單分子熒光成像主要用于揭示生命科學領域蛋白質折疊、核酸互作、酶動力學等微觀機制,要求成像系統具備檢測數十光子量級的單分子發射信號的能力,且能避免鄰近強熒光標記或背景信號的飽和。
中科君達視界的Gloria 1605 sCMOS相機,專為弱光探測設計,16 μm大像元設計結合90.7% QE,可高效捕獲20光級的單分子弱熒光信號,93 dB高動態范圍與70 ke-滿阱容量,可確保弱熒光信號不被噪聲淹沒,又能防止強信號區域飽和。且相較于EMCCD,Gloria 1605在保持同等性能同時,采購成本降低約50%,降低科研門檻。
量子成像理論與技術方面的發展離不開科學成像設備的支撐,千眼狼致力于將看不見的量子態轉化為“可觀可測”的科學數據,為量子成像科研工作者提供高效的成像解決方案。