上海維立勝衡傳感器有限公司
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閱讀：62發(fā)布時(shí)間：2025-3-6
共聚焦和寬場(chǎng)熒光顯微鏡等定制方法已成為量子傳感測(cè)量的金標(biāo)準(zhǔn)。特別是，寬場(chǎng)金剛石量子傳感方法可實(shí)現(xiàn)并行讀出空間分辨NV熒光，為許多領(lǐng)域提供了巨大的應(yīng)用潛力。
在持續(xù)提高其測(cè)量精度和空間分辨率的同時(shí)，研究重點(diǎn)也開始轉(zhuǎn)向時(shí)域，以實(shí)現(xiàn)超快光探測(cè)磁共振（ODMR）。這一擴(kuò)展有望實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)信號(hào)監(jiān)測(cè)，如神經(jīng)元?jiǎng)幼麟娢灰约凹?xì)胞活動(dòng)相關(guān)的溫度變化。然而，這一方向仍然面臨處理大量圖像幀數(shù)據(jù)的挑戰(zhàn)，這些數(shù)據(jù)需要從相機(jī)傳感器傳輸以進(jìn)行進(jìn)一步處理。
這種數(shù)據(jù)傳輸會(huì)顯著限制時(shí)間分辨率，由于使用了基于幀的圖像傳感器，其時(shí)間分辨率通常不超過100 fps。因此，寬場(chǎng)磁力計(jì)在動(dòng)態(tài)測(cè)量中的潛力仍然有待挖掘。
然而，監(jiān)測(cè)到的熒光強(qiáng)度隨圖像幀的變化存在本質(zhì)局限性，導(dǎo)致寬場(chǎng)量子傳感性能不盡如人意。
為了克服這一瓶頸，香港大學(xué)研究人員提出采用神經(jīng)形態(tài)視覺相機(jī)來預(yù)處理傳感器邊緣的熒光強(qiáng)度數(shù)據(jù)，減少后處理傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，顯著提高了時(shí)間分辨率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)快速動(dòng)態(tài)測(cè)量。
與記錄光強(qiáng)水平的傳統(tǒng)傳感器不同，神經(jīng)形態(tài)視覺傳感器將光強(qiáng)變化處理為類似生物視覺系統(tǒng)的“尖峰”，從而提高時(shí)間分辨率（≈µs）和動(dòng)態(tài)范圍（>120 dB）。這種方法對(duì)于圖像變化不頻繁的場(chǎng)景特別高效，例如物體跟蹤和自動(dòng)駕駛汽車等，因?yàn)樗芟哂嗟撵o態(tài)背景信號(hào)。
近來，這項(xiàng)技術(shù)在精密儀器測(cè)量領(lǐng)域獲得了關(guān)注，例如光學(xué)顯微鏡中的快速聚焦、動(dòng)態(tài)磁光克爾效應(yīng)（MOKE）顯微鏡、快速細(xì)胞流分選、振動(dòng)測(cè)量、快速跟蹤以及超分辨率成像等新興應(yīng)用。鑒于MW時(shí)空編碼的熒光強(qiáng)度僅在諧振頻率附近變化，因此變化很少，金剛石量子傳感成為利用該方案優(yōu)勢(shì)的理想選擇。
據(jù)香港大學(xué)研究人員稱，這是報(bào)道神經(jīng)形態(tài)視覺傳感器在寬場(chǎng)金剛石量子傳感中應(yīng)用的研究。具體來說，研究人員開發(fā)了一種自定義且高效的協(xié)議來處理事件類的量子傳感數(shù)據(jù)，進(jìn)而重建衍生的ODMR光譜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種新方法比傳統(tǒng)基于幀的方法花費(fèi)的時(shí)間要少得多（140 ms vs 1.82 s），同時(shí)，在18µm x 18µm的視場(chǎng)（FoV）檢測(cè)ODMR諧振頻率時(shí)實(shí)現(xiàn)了相近的精度（0.034 MHz vs 0.031 MHz）。
研究人員展示了它在監(jiān)測(cè)金剛石表面（具有金納米顆粒涂層）亞秒級(jí)激光加熱方面的潛力，這是過去傳統(tǒng)方法無法實(shí)現(xiàn)的。實(shí)驗(yàn)表明，其溫度監(jiān)測(cè)具有0.28 s的時(shí)間分辨率和0.5 K的溫度精度。研究人員預(yù)計(jì)，所提出方案的成功演示有望革新寬場(chǎng)量子傳感，以可承受的成本顯著提高性能。
這項(xiàng)研究還為開發(fā)具有更傳感器處理能力的智能量子傳感器鋪平了道路，并通過新興的基于記憶（memory-based）的電子突觸器件實(shí)現(xiàn)傳感器邊緣處理。這些進(jìn)展有望進(jìn)一步提高寬場(chǎng)量子傳感器的性能，為科學(xué)研究和實(shí)際應(yīng)用帶來新的機(jī)遇。
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