在本文中，来自英国Covesion公司的10mm长PPLN晶体（MOPO515-0.5）作为波长转换的关键。泵浦光（532nm）首先进入PPLN晶体，发生第一次非简并SPDC，产生了纠缠的信号光子（例如808nm）以及闲频光子（例如1559nm）。在DM2处，闲频光与信号/泵浦光被分离，闲频光前往样品镜（Sample mirror）和物体交互，而信号光和残余的泵浦光则前往扫描镜（Scanning mirror）。两路光随后各自反射回再次通过DM2回到PPLN晶体，折返回来的残余泵浦光有概率发生第二次SPDC，再次产生光子对。由于光路被精确对准重叠，两次SPDC的信号光子和闲频光子各自重叠在一起，无法确定光子对来自哪次通过，这种路径不可区分性，使得干涉条纹得以出现。而当物品被放置在第一次闲频光的光路中时，原先闲频光的振幅或者相位发生变化，路径变得可区分，两次闲频光之间的干涉条件被破坏。这种变化会通过量子纠缠传递给信号光子，信号光子的干涉条纹同样也会消失或发生变化。通过扫描镜微调光程差，调整干涉条纹，并用低成本、普通的硅基CMOS相机即可记录不同扫描位置下的信号光强图像，经过进一步处理后即可重建样品的红外图像，免去了使用昂贵且灵敏的sCMOS或EMCCD。
让我们暂时脱离这“弯弯绕绕”的光路，其实这套光路的秘诀在于通过两个反射镜“走回头路”。在我们上一篇介绍传统QIUP的文章中，通过两个非线性晶体PPKTP分别进行两次SPDC后，发生量子干涉。光子一旦产生，就一路向前，最终到达探测器。而在本文中，通过两个反射镜，让泵浦光两次通过同一个PPLN晶体，从而实现了两条路径的模式重叠和干涉，节约了光学元件的数量，并大幅缩小了系统体积；对振动、温度波动等干扰的鲁棒性非常强。
文中特别提到，这套系统可以在实验室外的环境中进行使用，在本地运输后也无需重新对准。并且在“走回头路“的过程中，反射镜（特别是扫描镜）引入可控的相位变化，从而影响了最终的干涉条纹，同时获取幅值和相位信息，比传统QIUP的成像更为丰富。
在上图中，仅通过移动PPLN晶体（不主动控温）就在室温下实现了三个波长的金微电极样品成像。a) 探测波长1450nm，检测波长840nm。(b) 探测波长1620nm，检测波长792nm。(c) 探测波长1783nm，检测波长758nm。而其中的 Visibility/Contrast对应的正是我们上一篇文章中提及的强度成像，直接反应了物体不同部分对探测光的吸收程度。Contrast是在Visibility的基础上优化了计算方式，在较高背景噪声下，也能真实反映样品的吸收/散射分布。Phase则对应的是相位成像，反应了物体引起的折射率/厚度变化，可以展现强度成像无法获取的弱吸收/透明样品的信息。因此这种快速分析方法仅需3张图像即可实时定量获取样品的透射率和相位变化信息。
在这个QIUP配置中，通过单个PPLN即实现了未探测光子的量子成像，免去了昂贵的红外探测器即可实现红外成像，抑制了热背景噪声。并且本研究还继续将QIUP从实验室原型向便携式设备进行发展，下图展示的即是同课题组设计的第二代系统。
英国Covesion有限公司是一家拥有超过20年经验的公司，提供300nm~5000nm全波段波长转换产品解决方案，专注于高效 MgO:PPLN / PPKTP 晶体与波导的研究、开发和制造。此外，Covesion还提供定制晶体服务，包括整个周期结构设计、掩膜设计、晶体极化、切块、抛光和镀膜增透，以满足特定波长转换需求。
参考文献
Tong, Xin, Yide ide Zhang, and Lihong ihong V. Wang. "Enhancing Optical Microscopy with Quantum Entanglement." Optics and Photonics News 35.11 (2024): 32-39.
Lemos, Gabriela Barreto. “Quantum Imaging with Undetected Photons.” SlideServe, 27 Oct. 2015.
Pearce, Emma, et al. "Practical quantum imaging with undetected photons." Optics Continuum 2.11 (2023): 2386-2397.
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英国Covesion PPKTP 产品数据单
Frequency Converters 2025 Update(1).pdf
PPLN晶体产品数据单
covesion-PPLN and MgO Dopled PPLN.pdf
PPLN波导产品数据单
Component_WGCO_H_1560_40_V3.pdf
WG_H_1560_40.pdf
光纤耦合PPLN波导产品数据单
Aunion_FiberCoupled-PPLN-Waveguide.pdf
PPLN光纤耦合封装模块产品数据单
1064nm倍频数据单.pdf
晶体配套附件（温控设备）产品数据单
Covesion-PPLN accessory.pdf
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产品负责人：尚工
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