Spectroscopy and imaging with quantum light

Abstract

光谱测量与成像技术的进步，已成为生命科学与材料科学研究中的关键表征手段。然而，在针对光学响应微弱的样品（如低维材料、活体细胞等）进行实际观测时，高功率激发光往往引入显著经典噪声，并造成不可忽视的光致损伤，从而限制了光学测量的信噪比与应用范围。在此背景下，具备特殊量子统计特性的非经典光源（如纠缠光与压缩光）为实现超越经典极限的信噪比提升提供了极具潜力的解决方案。本文聚焦于量子增强光谱与成像领域，系统梳理了基于纠缠光与压缩光两类重要量子光源的最新研究进展。纠缠光凭借光子间的量子关联特性，在关联成像、非探测光子成像及超快干涉测量等应用中展现出卓越的抗噪声能力；而压缩光则通过压缩光场噪声，在位移传感、等离激元探测及非线性显微成像等方面显著提升了探测灵敏度与信噪比。本文进一步系统阐述了量子光源在提高信噪比、降低光致损伤、提升时间分辨率以及增强非线性转换效率等方面的独特优势，并分析了当前制约量子成像技术实用化的关键挑战，包括光源亮度低，系统损耗大等问题。最后，对该领域未来的发展方向进行了展望。