Zusammenfassung - Mittelspektroskopische Hyperspektralphotographie mit unentdeckten Photonen

Mittelspektroskopische Hyperspektralphotographie mit unentdeckten Photonen

2025-07-10 15:41:51

{"Marlon Placke","Chiara Lindner","Felix Mann","Inna Kviatkovsky","Helen M. Chrzanowski","Hendrik Bartolomaeus","Frank Kühnemann","Sven Ramelow"}

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Der Forschungsartikel von Marlon Placke und Kollegen präsentiert eine neue Methode für mittelspektroskopische (mittels-IR) Hyperspectral-Imaging, die unentdeckte Photonen nutzt und bietet ein leistungsstarkes Werkzeug für Umweltüberwachung und biomedizinische Anwendungen. Dieses Ansatz umgeht die Einschränkungen aktueller mittels-IR Imaging-Technologien durch die Nutzung der inhärenten geringen Rausch-Eigenschaften quantenmagnetischer Prozesse. Die Studie konzentriert sich auf das mittels-IR Wellenlängenbereich, der Spektralbänder mit hoch spezifischen molekularen Absorptions-Signaturen enthält, was die Detektion und Quantifizierung verschiedener Proben und ihrer Zusammensetzung ermöglicht. Durch die Erweiterung dieser spektroskopischen Methode mit Bildgebungsfähigkeiten können Forscher automatisierte Diagnosen ohne den Bedarf an zeitaufwendigen und irreversiblen Markierungs-Schritten erreichen. Um diese neue Technik zu entwickeln, bauten die Forscher ein Konzept-Nonlinear-Interferometer in einer breitfeldigen Bildgebungsaufstellung auf. Diese Einrichtung nutzt hochauflösende spektrale Erfassung durch pixelweises Quanten-Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie, was die gleichzeitige Auflösung von 3500 räumlichen Moden mit einer spektralen Auflösung von 10 cm−1 über einem breiten Bereich von 2300-3100 cm−1 ermöglicht. Die Bildaufnahme wird mit einer kommerziellen, Megapixel-sCMOS-Kamera durchgeführt, während ein mittlerer Leistung und kompakter c.w. Pumpenlaser als einzige notwendige Lichtquelle dient. Die Forscher demonstrieren die Praktikabilität dieser neuen Hyperspectral-Imaging-Technik durch ihre Anwendung bei der Mikroplastik-Detektion und Bio-Imaging-Aufgaben. Sie zeigen, dass die Methode eine mittlere Geschwindigkeit von 360 Voxel/s erreichen kann, was zu einem Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR) von 50 führt, das hauptsächlich durch Schussrauschen beeinflusst wird. Dies zeigt, dass die Technik für verschiedene Anwendungen geeignet ist, die kompakte, kostengünstige, unlabeled Analysen erfordern. In der Einleitung diskutieren die Autoren die Bedeutung der Schwingungsspektroskopie in verschiedenen analytischen Aufgaben und die Einschränkungen aktueller mittels-IR Imaging-Technologien. Sie stellen dann das Konzept des Quantensensing mit unentdeckten Photonen als Alternative dar, um die Sensing-Wellenlänge von der der Sonde zu entkoppeln. Die experimentelle Einrichtung wird im Detail beschrieben, einschließlich der Nutzung eines nichtlinearen Interferometers in der SU(1,1)-Konfiguration, eines periodisch gepolten Kaliumtitansulfat (ppKTP)-Kristalls als Quelle spektral und räumlich verknüpfter Photonen und einer wissenschaftlichen CMOS-Kamera zur Detektion. Der Abschnitt „Ergebnisse“ präsentiert die Bildleistungscharakterisierung, die spektrale Erfassung und die Anwendung der Technik in der Identifizierung von Polymerfilmen, der Annotation von Mikroplastik und der Analyse von Lebergewebeproben von Ratten. Die Studie zeigt das Potenzial der neuen mittels-IR Hyperspectral-Imaging-Technik für verschiedene Anwendungen, einschließlich Umweltüberwachung und biomedizinischer Diagnostik. Durch die Nutzung der geringen Rausch-Eigenschaften quantenmagnetischer Prozesse und der hohen Auflösungsfähigkeiten der Einrichtung bietet diese Technik eine vielversprechende Alternative zu aktuellen mittels-IR Imaging-Technologien.