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域得到應用和發(fā)展。以下是 qCMOS相機對單光子源成像案例。

案例：量子點光源

關鍵詞：量子點

拍攝條件：InAs/GaAs自主裝半導體量子點，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，對客戶所關心的量子點單光子源的成像品質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?，信噪比好于同類相機，光子數(shù)分辨功能非常強大。

案例：SPDC

關鍵詞：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)過空間光調制器進行調制，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，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