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高级视觉应用——高次谐波超表面成像

发表时间：2024-04-07 10:08

荷兰原子与分子物理研究所的Femius Koenderink博士的纳米光子学小组专注于谐波的产生和非线性超表面的制造。该小组的Bijloo博士说：“超表面基本上是在纳米图案的表面上构建具有非常薄的纳米谐振器的基板。使用这些超表面，可以制造半微米厚的透镜，或者可以捕获和增强某些特定波长的光以产生二次谐波和三次谐波。我们用1200-2500nm的飞秒脉冲激光击中超表面样品，物镜收集信号，然后用1500nm的近红外相机采集信号。我们还需要另一台可见光或紫外敏感相机来捕捉波长可能降至约500nm甚至更短的三次谐波。Bijloo博士继续说道：“我的研究是关于在这些纳米结构超表面上发生什么样的光子和非光子过程，这些超表面需要在很宽的波长范围内成像。

上图显示了三次谐波产生傅里叶显微镜的光路原理图，最右边有一个红外相机、光谱仪和一个Prime BSI Express sCMOS相机，用于检测高次谐波，下图显示了带有Prime BSI Express的二维材料，用于二次谐波产生检测。

“随着一次谐波的每次增加，信号会下降几个数量级，三次谐波的转换效率约为1×10-7，”Bijloo博士说。当我们向系统注入大量能量时，谐波信号非常低，因此需要高灵敏度的相机来捕获尽可能多的光子。对于一些实验，我们希望使用650nm的初始波长，这意味着二次谐波在320nm左右，这确实进入了紫外波段。因此，相机需要在很宽的波长范围内做出响应，以捕获可见光和紫外光中的多个谐波。"

Prime BSI Express背照式sCMOS相机是该应用的理想解决方案。Prime BSI Express 具有低至 ~1e 的读出噪声和近乎完美的 95% 量子效率，具有超高灵敏度，波长响应为 200-1100nm，覆盖整个紫外、可见光和近红外成像波段，可满足不同波段的采集需求。Bijloo博士说：“紫外线是光谱中最重要的部分，我们选择Prime BSI Express主要是因为它在紫外线波段具有极高的灵敏度。其次，Prime BSI Express 具有非常宽的响应带，不仅可以捕获主波长，还可以捕获几个次谐波。"

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