传统快照高光谱成像长期面临空间分辨率与光谱分辨率的取舍困境。加拿大研究团队提出量子关联的高光谱成像，利用PPKTP晶体SPDC产生纠缠光子对，将成像与测谱分路处理，在不牺牲空间分辨的前提下实现单光子级快照高光谱成像。
“鬼光谱”突破高光谱取舍：PPKTP量子成像方案
高光谱成像一直有个让人头疼的矛盾：想要光谱分辨率，就得牺牲空间分辨率，或者反之。而在量子成像领域，基于纠缠光子对“鬼成像”已展现出突破传统光学探测边界的潜力。而当量子关联从空间维度延伸至光谱 — 时间维度，高光谱成像也迎来了新的技术路线。
近期，来自加拿大guo家研究委员会的研究团队提出一种量子关联高光谱成像技术（QCHSI）。该方案利用PPKTP晶体通过自发参量下转换（SPDC）产生高质量纠缠光子对，将量子鬼成像的关联测量思想与快照式高光谱成像结合，在不显著牺牲空间分辨率的前提下，实现了单光子级、高效率的快照高光谱成像。
高光谱成像的传统瓶颈
高光谱成像（HSI）可以同时获取目标二维空间信息与一维光谱信息，广泛应用于环境监测、农业遥感、生物技术、医疗诊断和食品分析等领域。
传统高光谱成像通常依赖空间或光谱扫描，虽然分辨率高，但采集时间长；快照式高光谱成像（SHSI）虽然能在单次曝光中获取光谱数据，却往往需要牺牲空间分辨率。与此同时，滤光片、扫描结构等元件还会造成大量光子损耗，在弱光或单光子级应用中尤其受限。
QCHSI：用量子关联解耦空间与光谱信息
在量子关联高光谱成像（QCHSI）中，研究人员证明了纠缠光子对可以克服分辨率和效率方面的问题。由自发参量下转换（SPDC）产生的纠缠光子对存在时间相关和光谱反相关的特性。一束 405.5 nm 的CW激光聚焦在 1 mm 厚（或者称为相互作用长度）的 Type-0型PPKTP晶体上，通过SPDC 产生中心波长约811 nm、带宽约100 nm的纠缠光子对，并利用 D 型反射镜将信号光子和闲置光子分离 。其中信号光子直接用于照射目标，在时间戳相机成像记录空间信息和每个光子到达的时间和位置。而闲频光子未与目标发生相互作用，被送入衍射光栅以及基于同一台相机搭建的光谱仪。随后，通过基于光子到达时间的相关性，将空间信息和光谱信息重新匹配。
在这个过程中体现了QCHSI的核心优势——信息解耦！信号臂负责空间信息，而闲频臂负责光谱信息，并通过时间符合将两者重新绑定。由于光谱仪只占相机边缘的几行像素，几乎无需牺牲成像空间分辨率来换取光谱信息，提升了成像的效率。
Covesion可以为您做什么？
该方案的核心在于高质量的SPDC光源，而这很大程度上取决于晶体的选择。Covesion可为量子成像、SPDC光源实验提供多样化PPKTP与ppln晶体解决方案。
无论您需要类似文献中1 mm的短PPKTP晶体，或是想要提高光谱分辨率，通过Type-II SPDC产生带宽更窄的光子。此外，还可利用非简并光子对源在差异极大的光谱窗口内对样品进行探测。根据泵浦波长、目标输出波长、带宽、晶体长度和相位匹配条件定制Type-0或Type-II PPKTP晶体，Covesion都可以提供相应支持。
对于正在搭建纠缠光子源、量子关联成像系统或单光子级高光谱平台的研究团队而言，高质量PPKTP晶体是实现稳定、高效非线性转换的关键起点。
英国Covesion有限公司是一家拥有超过20年经验的公司，提供350nm~6000nm全波段波长转换产品解决方案，专注于高效MgO:PPLN / PPKTP 晶体与波导的研究、开发和制造。此外，Covesion还提供定制晶体服务，包括整个周期结构设计、掩膜设计、晶体极化、切块、抛光和镀膜增透，以满足特定波长转换需求。
星朗浩宇/昊量光电作为英国Covesion在中国地区的独代,负责其所有产品在国内的销售、服务，以及售后技术支持等。
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参考文献
Zhang, Yingwen, Duncan England, and Benjamin Sussman. "Snapshot hyperspectral imaging with quantum correlated photons." Optics Express 31.2 (2023): 2282-2291.
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