微納光子學(Micro- & Nano-Photonics)研究微米至納米尺度下光的傳播、調控與光物質相互作用,研究范圍包括:
亞波長結構中的光場調控:如光子晶體、等離激云器件實現表面局域場增強、光熱效應與納米級傳感。
量子學與單光子器件:涉及量子點、色心信號、微腔中量子態調控等。
以上前沿科學實驗對象微納光子結構所激發出的光學響應通常具有極弱的信號強度、極高的空間局域性以及復雜的偏振/相位特性,對圖像觀測系統尤其是相機提出苛刻的要求。在實踐中,常用的CCD相機讀出速率慢,難以支持如納米粒子熱激勵振動、等離激元瞬態過程;動態范圍低,容易在亮場飽和同時 丟失暗場細節;且讀出噪聲高,在低光照條件下易成為制約信噪比的主要因素。
為此,某光學實驗室引入中科君達視界自研的千眼狼高性能sCMOS相機Gloria 4.2作為探測核心,該款sCMOS相機具有峰值95 %量子效率、90 dB寬動態范圍、1.2 e-低讀出噪聲、100+ fps@2048×2048高幀率與大視場兼顧等特征,捕獲光子晶體微腔激光發射,如下圖。

sCMOS相機捕捉的圖像中的灰度值直接反映光強分布,通過對微腔區域灰度值的定量映射,可清晰識別出激光模場空間分布,灰度梯度反映了光場局域強度。
噪聲抑制上,千眼狼圖像工程師們通過采用低噪聲電路設計、相關多次采樣技術和深度制冷設計抑制暗電流,提升圖像質量,圖像左側背景區域表現出極低的暗噪聲水平。
動態范圍上,sCMOS相機在同一畫面中同時清晰捕捉了微腔中心的強激光點與邊緣的弱散射信號,證明Gloria 4.2在強弱光共存場景下的優異性能。
千眼狼高靈敏度sCMOS相機憑借其低噪聲、高速度、高動態范圍為微納光子學的弱光測量、快速動態過程探測和定量光場分析提供了有效的科學成像工具,提升了單分子探測、超快光譜、納米結構表征等實驗的精度與效率。
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