Single-shot ultrafast burst imaging in infrared band by quantum illumination scheme

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H02632
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: Kannari Fumihiko 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (40204804)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: フェムト秒レーザー / 超高速イメージング / 量子光学 / 中赤外イメージング / 光パラメトリック変換

Outline of Final Research Achievements

By combining the quantum illumination method with the single-shot ultra-fast burst imaging method (LA-STAMP), we conducted research with the aim of realizing ultra-high-speed imaging (quantum STAMP) in the mid-infrared region, which cannot be measured by CCD cameras. After theoretically clarifying the conditions that can be realized even by using high-gain spontaneous parametric down conversion (SPDC), the probe characteristics for both spatial amplitude and phase of the idler light (2400 nm) generated in the first stage of the two SPDCs were successfully recovered in the interference of two signal light (480 nm). This is the first demonstration of the quantum illumination in pulse mode.

Free Research Field

超高速光科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

中赤外光は可視・紫外光に比べて散乱係数が低いため生体等の散乱性材料に対し比較的高い透過特性を持つ。一方で、多くの有機化学結合の振動モードに共鳴した吸収を示すため、化学物質のセンシングや生体イメージング等に用いられてきた。この中赤外光を超高速イメージングへ応用し、超高速励起時の分子振動モードやプラズモンモードに起因した光励起吸収の高速過渡特性を、とくに単一イベントに対して連続イメージ撮影したいという要望が近年高まっている。本研究で実現したパルス量子イルミネーションは、中赤外プローブ光の計測結果を可視光に転写できる手法であり、CCDカメラでの中赤外超高速イメージングを可能にする。