論文の概要: Fast biological imaging with quantum-enhanced Raman microscopy
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2403.10077v1
- Date: Fri, 15 Mar 2024 07:44:18 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-03-18 18:09:44.030269
- Title: Fast biological imaging with quantum-enhanced Raman microscopy
- Title（参考訳）: 量子化ラマン顕微鏡による高速生体イメージング
- Authors: Alex Terrasson, Nicolas P. Mauranyapin, Catxere A. Casacio, Joel Q. Grim, Kai Barnscheidt, Boris Hage, Michael A. Taylor, W. P. Bowen,
- Abstract要約: 我々は,Ramanプロセスの最適効率で動作可能な,明るい圧縮シングルビームを用いた量子増強型Raman顕微鏡を報告する。
18秒で100×100ピクセルの撮像速度はセルオルガンのダイナミックスを解消する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Stimulated Raman scattering (SRS) microscopy is a powerful label-free imaging technique that probes the vibrational response of chemicals with high specificity and sensitivity. High-power, quantum-enhanced SRS microscopes have been recently demonstrated and applied to polymers and biological samples. Quantum correlations, in the form of squeezed light, enable the microscopes to operate below the shot noise limit, enhancing their performance without increasing the illumination intensity. This addresses the signal-to-noise ratio (SNR) and speed constraints introduced by photodamage in shot noise-limited microscopes. Previous microscopes have either used single-beam squeezing, but with insufficient brightness to reach the optimal ratio of pump-to-Stokes intensity for maximum SNR, or have used twin-beam squeezing and suffered a 3 dB noise penalty. Here we report a quantum-enhanced Raman microscope that uses a bright squeezed single-beam, enabling operation at the optimal efficiency of the SRS process. The increase in brightness leads to multimode effects that degrade the squeezing level, which we partially overcome using spatial filtering. We apply our quantum-enhanced SRS microscope to biological samples, and demonstrate quantum-enhanced multispectral imaging of living cells. The imaging speed of 100x100 pixels in 18 seconds allows the dynamics of cell organelles to be resolved. The SNR achieved is compatible with video rate imaging, with the quantum correlations yielding a 20% improvement in imaging speed compared to shot noise limited operation.
- Abstract（参考訳）: 刺激ラマン散乱(SRS)顕微鏡は、高い特異性と感度で化学物質の振動応答をプローブする強力なラベルフリーイメージング技術である。
高分子や生物試料に高出力で量子増強されたSRS顕微鏡が最近実証され応用されている。
量子相関は、圧縮光の形で、顕微鏡がショットノイズ限界以下で動作し、照明強度を増大させることなく性能を向上させることができる。
これは、ショットノイズ制限顕微鏡において、信号対雑音比(SNR)と光損傷によって引き起こされる速度制約に対処する。
以前の顕微鏡ではシングルビーム・スクイーズを使用していたが、最大SNRのポンプ・ストークス強度の最適比に達するには明るさが不十分であったり、ツインビーム・スクイーズを使用して3dBのノイズペナルティを被ったりしていた。
本稿では,SRSプロセスの最適効率で動作可能な,明るい圧縮シングルビームを用いた量子化ラマン顕微鏡について報告する。
明るさの増加は、空間フィルタリングによって部分的に克服したスケズレベルを低下させる多重モード効果をもたらす。
生体試料に量子強調SRS顕微鏡を適用し,生体細胞の量子強調マルチスペクトルイメージングを実証した。
18秒で100×100ピクセルの撮像速度はセルオルガンのダイナミックスを解消する。
達成されたSNRは、ビデオレートイメージングと互換性があり、量子相関は、ショットノイズ制限動作と比較して、撮像速度が20%向上する。
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