論文の概要: Scanless quantum Fourier-transform mid-infrared spectroscopy for rapid high-sensitivity hyperspectral mapping
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.17964v1
- Date: Mon, 20 Jul 2026 14:04:14 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-07-21 18:48:37.649355
- Title: Scanless quantum Fourier-transform mid-infrared spectroscopy for rapid high-sensitivity hyperspectral mapping
- Title（参考訳）: 高速高感度ハイパースペクトルマッピングのためのスカンレス量子フーリエ変換中赤外分光法
- Abstract要約: 我々は, 量子FTIR技術を用いて, 絡み合った光子を用いたメロロジーの原理を実証する。
頑健な再構成アルゴリズムを用いて、時間領域信号を取得し、それぞれの中赤外(中赤外)スペクトルを再構成する。
空間分解能は12.3$m、分光分解能は8$1$である。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 9.458122926000845
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy is a well-established technique for qualitative and quantitative chemical analysis. Classical FTIR systems rely, however, on direct mid-infrared (mid-IR) scan-based time-domain measurements of coherence functions; thus, the signal-to-noise ratio and measurement speed are constrained by design. In this paper, we demonstrate a scanless quantum FTIR (sQFTIR) technique that exploits principles of metrology with entangled photons to circumvent the limitations inherent to classical FTIR systems. The approach exploits the interferometric nature of the sensing paradigm and relies on frequency-domain measurements performed with a static, low-gain nonlinear interferometer. A robust reconstruction algorithm is used to retrieve time-domain signals and reconstruct respective mid-infrared (mid-IR) spectra (3000$~$cm$^{-1}$ to 2380$~$cm$^{-1}$) from near-IR measurements (approx. 780$~$nm to 820$~$nm). The suggested sQFTIR protocol eliminates the need for optical delay scanning and leverages inherent mapping between the related domains. In the theoretical section, we evaluate the intrinsic signal-to-noise advantage of the proposed method over conventional scan-based time-domain measurements; a difference of 26.8 dB (factor of 21.8) is demonstrated. Building on the enhanced sensitivity of the scheme, we demonstrate rapid sQFTIR-based hyperspectral imaging with a spatial resolution of 12.3$~μ$m and a spectral resolution down to 8$~$cm$^{-1}$. Hyperspectral mapping of human colon tissue, microplastics, and multilayer polymer samples composed of polypropylene and ethylene vinyl alcohol yield high-quality single-pixel spectra with acquisition times down to 10$~$ms.
- Abstract（参考訳）: フーリエ変換赤外分光法(FTIR: Fourier-transform Infrared spectroscopy)は、定性的かつ定量的な化学分析のための確立された手法である。
しかし、古典的なFTIRシステムは、直接中赤外(中赤外)スキャンによるコヒーレンス関数の時間領域測定に依存しており、信号対雑音比と測定速度は設計によって制限される。
本稿では,量子FTIR(sQFTIR)技術を用いて,古典的なFTIRシステムに固有の限界を回避するために,絡み合った光子を用いたメソロジーの原理を実証する。
このアプローチは、センシングパラダイムのインターフェロメトリの性質を利用し、静的な低利得非線形干渉計を用いて行われる周波数領域の測定に依存する。
頑健な再構成アルゴリズムは、近赤外測定(780$~$nmから820$〜$nm)から、各中赤外(中赤外)スペクトル(3000$~cm$^{-1}$から2380$~cm$^{-1}$)を復元するために用いられる。
提案するsQFTIRプロトコルは,光遅延走査の必要性を排除し,関連ドメイン間の固有マッピングを利用する。
理論的には,従来の走査型時間領域測定よりも本手法を生かした固有信号対雑音の利点を評価し,26.8dB(21.8倍)の差を示した。
提案手法の感度を高めるため,空間分解能は12.3$~μ$mで,スペクトル分解能は8$~cm$^{-1}$である。
ポリプロピレンおよびエチレンビニルアルコールからなる多層高分子試料の高スペクトルマッピングにより, 取得時間を10$〜$msに短縮した。
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