Den 11. februar, i Hubei Optics Valley Laboratory, var en svag laserstråle indeholdende kun et par fotoner bestrålet biologiske prøver. Forskere stirrede på beregningsresultaterne på skærmen: "Billedopløsningen har nået millioner af pixels.
De pixels af mobiltelefonkameraer, der bruges dagligt, er generelt i de titusinder af millioner eller endda over 100 millioner og kan tage klare fotos i livet.
Men i nogle specielle scener, såsom dybhavet, høj højde eller i medicinsk test, er lyssignalet svagt, og den rumlige opløsning er lav, så enkeltfotondetektorer er nødvendige for at fange billeder.
Fotoner er den grundlæggende lysenhed. Det lys, vi ser i dagligdagen, er faktisk sammensat af utallige fotoner. Enkeltfotondetektorer, som navnet antyder, er ultrahøj følsomhedsdetektorer, der kan detektere enkeltfotoner. De har vigtige anvendelser inden for kvantekommunikation, astronomi, biomedicinsk billeddannelse og andre felter.
"Enkeltfotondetektorer er som øjne i mørke, hvilket kan fange svage lyssignaler." Enkeltfotondetektorer er begrænset af deres fysiske struktur, og antallet af pixels kan normalt kun nå tusinder, hvilket begrænser deres anvendelse i billedbehandling med høj opløsning og andre aspekter, "sagde Dr. Ding Yi, en forsker hos Hubei Optical Valley Laboratory.
For eksempel gør det i astronomiske observationer et lavere antal pixels det vanskeligt at fange detaljerne om svagere og mere fjerne himmellegemer; Ved biomedicinsk mikroskopisk billeddannelse er det også umuligt at opfylde kravene til optagelse af høj opløsning af fluorescensfænomener på kvantniveau.
For at overvinde dette problem har Dr. Ding Yis team vendt opmærksomheden på området for beregningsmæssig billeddannelse. Beregningsmæssig billeddannelse er forskellig fra traditionel billeddannelsesteknologi. Det kan bryde igennem begrænsningerne af fotodetektorer i billeddannelsesopløsning, billeddannelsesramme osv. Gennem optisk modulation og signalbehandling.
"Vi kræver ikke længere, at hver pixel skal svare til en fysisk detektor, men lad en enkelt detektor spille forskellige roller på forskellige tidspunkter og til sidst gendanne højopløsningsbilleder af hundreder af tusinder eller endda millioner af pixels gennem kodning af lette felter og rekonstruktionsalgoritmer." Ding Yi sagde, at holdets teknologi er nået det internationale avancerede niveau.
Derudover bruges enkeltfotondetektorer til at udsende analoge signaler. Gennem forskning afsluttede laboratorieholdet den digitale aflæsning af enkeltfotondetektorer på chipniveau. Når man får enkeltfotonsignaler, kan fotonoptællingsenheder udelades, hvilket gør billeddannelses- og detektionssystemet mere miniaturiserede og integrerede og er i stand til at møde flere applikationsscenarier.
Bag resultaterne er de utallige dage og nætter med udholdenhed og dedikation af det videnskabelige forskerteam. Siden projektet blev lanceret i slutningen af 2023, er lysene i laboratoriet ofte tændt indtil daggry for at indhente fremskridtene. For at verificere effektiviteten af den eksperimentelle optiske sti og beregningsmetoder gennemførte teamet et stort antal eksperimenter og akkumulerede massive data.
"Hver dag føler jeg, at der ikke er nok tid, så jeg vil gå hurtigere og hurtigere til at få flere avancerede enheder til at realisere indenlandsk substitution." Ding Yi sagde, at forskerteamet i øjeblikket samarbejder med medicinsk udstyr, fjernfølende detektion og andre felter, og den første ingeniørprototype for det medicinske felt er under udvikling.
På nuværende tidspunkt arbejder forskerteamet også på en række tekniske problemer, såsom etiketfri nanopartikelsporing og tidsdomænekomprimering. "Tiden venter på ingen, og vi er fulde af energi til at overvinde de vigtigste kerneteknologier så hurtigt som muligt." Ding Yi sagde.
