論文の概要: Hyper-spectral Imaging with Up-Converted Mid-Infrared Single-Photons

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.19970v1
• Date: Wed, 27 Aug 2025 15:25:36 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-28 19:07:41.68185
• Title: Hyper-spectral Imaging with Up-Converted Mid-Infrared Single-Photons
• Title（参考訳）: アップコンバート型中赤外単光子を用いたハイパースペクトルイメージング
• Authors: Yijian Meng, Asbjørn Arvad Jørgensen, Andreas Næsby Rasmussen, Lasse Høgstedt, Søren M. M. Friis, Mikael Lassen,
• Abstract要約: 低コストで可視光波長のシリコン単光子アバランシェダイオード(Si-SPADs)ハイパースペクトルイメージングプラットフォームを提案する。 SPDCによって生成された時間関連光子対は、古典的な強度ノイズを抑制し、近距離ショットノイズ制限ハイパースペクトルイメージングを可能にする。 このプラットフォームは、分子診断、環境センシング、生物医学研究への応用のために、スケーラブルで量子可能なMIRイメージングへの道を開く。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Hyperspectral imaging in the mid-infrared (MIR) spectral range provides unique molecular specificity by probing fundamental vibrational modes of molecular bonds, making it highly valuable for biomedical and biochemical applications. However, conventional MIR imaging techniques often rely on high-intensity illumination that can induce photodamage in sensitive biological tissues. Single-photon MIR imaging offers a label-free, non-invasive alternative, yet its adoption is hindered by the lack of efficient, room-temperature MIR single-photon detectors. We present a single-photon hyperspectral imaging platform that combines cavity-enhanced spontaneous parametric down-conversion (SPDC) with nonlinear frequency up-conversion. This approach enables MIR spectral imaging using cost-effective, visible-wavelength silicon single-photon avalanche diodes (Si-SPADs), supporting room-temperature, low-noise, and high-efficiency operation. Time-correlated photon pairs generated via SPDC suppress classical intensity noise, enabling near shot-noise-limited hyperspectral imaging. We demonstrate chemically specific single-photon imaging across the \SIrange{2.9}{3.6}{\micro\meter} range on biological (egg yolk, yeast) and polymeric (polystyrene, polyethylene) samples. The system delivers high-contrast, label-free imaging at ultralow photon flux, overcoming key limitations of current MIR technologies. This platform paves the way toward scalable, quantum-enabled MIR imaging for applications in molecular diagnostics, environmental sensing, and biomedical research.
• Abstract（参考訳）: 中赤外(MIR)スペクトル領域におけるハイパースペクトルイメージングは、分子結合の基本的な振動モードを求めることによって、ユニークな分子特異性をもたらし、生体医学および生化学的応用に非常に有用である。 しかし、従来のMIRイメージング技術は、敏感な生体組織の光損傷を誘発する高強度照明に依存していることが多い。 単一光子MIRイメージングは、ラベルのない非侵襲的な代替手段を提供するが、その採用は室温のMIR単光子検出器の欠如によって妨げられている。 共振器付自然パラメトリックダウンコンバージョン(SPDC)と非線形周波数アップコンバージョンを組み合わせた単一光子ハイパースペクトルイメージングプラットフォームを提案する。 このアプローチにより、低コストで可視光波長のシリコン単光子アバランシェダイオード(Si-SPAD)を用いたMIRスペクトル撮影が可能となり、室温、低ノイズ、高効率動作が可能である。 SPDCによって生成された時間関連光子対は、古典的な強度ノイズを抑制し、近距離ショットノイズ制限ハイパースペクトルイメージングを可能にする。 我々は,生物(卵黄,酵母)および高分子(ポリスチレン,ポリエチレン)試料上での<SIrange{2.9}{3.6}{\micro\meter}範囲の化学的に特異的な単一光子イメージングを実証した。 このシステムは、超低光子フラックスにおける高コントラスト・ラベルフリーイメージングを提供し、現在のMIR技術の重要な限界を克服する。 このプラットフォームは、分子診断、環境センシング、生物医学研究への応用のために、スケーラブルで量子可能なMIRイメージングへの道を開く。

関連論文リスト

• Mid-IR hyperspectral imaging with undetected photons [0.0]
  我々は、広視野撮像装置と画素ワイド量子変換赤外分光による高分解能スペクトル取得を組み合わせた概念的非線形干渉計を構築した。 重要なCHストレッチ帯域をカバーする2300-3100 cm$-1$のブロードバンド範囲に対して,3500の空間モードを同時に解消するハイパースペクトルイメージングを行う。
  論文  参考訳（メタデータ） (2025-07-10T15:41:51Z)
• Bandwidth-tunable Telecom Single Photons Enabled by Low-noise Optomechanical Transduction [45.37752717923078]
  単一光子源は創発的量子技術にとって基本的な重要性である。 ナノ構造を持つ光学結晶は、単一光子生成のための魅力的なプラットフォームを提供する。 これまでのところ、光吸収加熱はこれらのシステムが実用用途で広く使われるのを妨げてきた。
  論文  参考訳（メタデータ） (2024-10-14T18:00:00Z)
• All-optical modulation with single-photons using electron avalanche [66.27103948750306]
  シリコン中の電子雪崩による全光変調を実証する。 我々のアプローチは、ギガヘルツ速度と、さらに高速な光スイッチングの可能性を開く。
  論文  参考訳（メタデータ） (2023-12-18T20:14:15Z)
• Practical quantum imaging with undetected photons [0.0]
  我々は、IR光源やIR検出器を使わずに、IR波長で物体を撮像できるコンパクトでポータブルで低コストなシステムについて述べる。 未検出光子(IUP)によるこのイメージングは、量子干渉と絡み合った光子対間の相関を利用して、赤外線から可視光へ画像情報を転送する。
  論文  参考訳（メタデータ） (2023-07-12T15:17:26Z)
• On-chip quantum information processing with distinguishable photons [55.41644538483948]
  多光子干渉は光量子技術の中心にある。 そこで本研究では,共振器型集積光子源に必要なスケールで変形した光子を干渉させるのに十分な時間分解能で検出を実装できることを実験的に実証した。 ボソンサンプリング実験において,非イデアル光子の時間分解検出がエンタングル操作の忠実度を向上し,計算複雑性の低減を図ることができることを示す。
  論文  参考訳（メタデータ） (2022-10-14T18:16:49Z)
• Mid-Infrared Microscopy via Position Correlations of Undetected Photons [0.0]
  検出されていない光子(QIUP)を用いた量子イメージングは、最近、新しい強力なイメージングツールとして登場した。 誕生時の光子対の内部に形成されるタイトな位置相関を利用して, 理論的, 数値的に相補的なシナリオを実装し, 検証する。 感光波長3.7mu$mで10mu$m未満の分解能を実験的に示し、生命科学におけるその技術の有効性を実証した。
  論文  参考訳（メタデータ） (2021-06-11T14:44:43Z)
• Data-Driven Discovery of Molecular Photoswitches with Multioutput Gaussian Processes [51.17758371472664]
  フォトウィッチ可能な分子は、光によってアクセスされる2つ以上の異性体である。 本稿では、データセットキュレーションとマルチタスク学習を基盤とした、分子フォトウィッチのためのデータ駆動探索パイプラインを提案する。 提案手法は, 市販フォトウィッチ可能な分子のライブラリーをスクリーニングし, 実験的に検証した。
  論文  参考訳（メタデータ） (2020-06-28T20:59:03Z)
• Quantum metamaterial for nondestructive microwave photon counting [52.77024349608834]
  弱い非線形メタマテリアルに基づいてマイクロ波領域で動作する単一光子検出器の設計を提案する。 単光子検出の忠実度はメタマテリアルの長さとともに増加し,実験的に現実的な長さで接近することを示す。 光領域で動作する従来の光子検出器とは対照的に、光子検出により光子を破壊せず、光子波束を最小限に乱す。
  論文  参考訳（メタデータ） (2020-05-13T18:00:03Z)
• Hyperspectral-Multispectral Image Fusion with Weighted LASSO [68.04032419397677]
  本稿では,高スペクトル像と多スペクトル像を融合させて高画質な高スペクトル出力を実現する手法を提案する。 提案したスパース融合と再構成は,既存の公開画像の手法と比較して,定量的に優れた結果が得られることを示す。
  論文  参考訳（メタデータ） (2020-03-15T23:07:56Z)
• Hyperspectral Infrared Microscopy With Visible Light [0.4893345190925178]
  我々は、試料の赤外線スペクトルマップを可視光用に構築した既製部品を用いて取得する赤外線ハイパースペクトル顕微鏡の新しい手法を提案する。 この技術は、広い視野、高速な読み出しおよび無視可能な熱をサンプルに供給し、物質や生物学的応用に非常に関係している。
  論文  参考訳（メタデータ） (2020-02-14T10:29:32Z)

関連論文リストは本サイト内にある論文のタイトル・アブストラクトから自動的に作成しています。

指定された論文の情報です。
本サイトの運営者は本サイト（すべての情報・翻訳含む）の品質を保証せず、本サイト（すべての情報・翻訳含む）を使用して発生したあらゆる結果について一切の責任を負いません。