heliCam™ 不仅能使微弱的光学信号可见。结合适当的物理测量原理，它还可以提供有关相机无法直接捕获的物理量的信息——例如磁场或毫米波。
三篇新发表的论文从两个截然不同的角度展示了这一潜力。其中一项工作使用铷蒸汽池和 heliCam™ 作为高分辨率磁场相机。另两项工作研究了如何借助等离子体将毫米波转换为调制的近红外光，并随后用 heliCam™ 进行探测。
磁场相机：单个蒸汽池内超过 7,000 个测量点
在论文《Magnetic field camera for zero-field conditions》中，Ronja Rasser 及其同事展示了一种基于相机的光学泵浦磁力计，可在接近磁零场的条件下运行。
实际的传感元件是一个仅 300 µm 厚的铷蒸气池。激光束穿透整个蒸气池。局部磁场影响铷原子的状态，从而影响透射光的强度。heliCam™ C4 在整个区域上并行捕获这些微小的调制强度变化，并直接在每个像素中进行解调。
通过 5 × 5 相机像素的合并，该系统在直径约 4 mm 的圆形区域内实现了超过 7,000 个可用测量点。所得的空间分辨率约为 40 µm。在当前设置中，分辨率的限制因素不是原子测量原理，而主要是蒸气池未镀膜窗口处的干涉，这使得相机像素的合并成为必要。
研究人员记录了以 130 Hz 振荡的磁场梯度的空间分布等数据。这项工作表明，使用单个蒸气池不仅可以实现多个测量通道，还可以对时变磁场模式进行成像捕获。
让毫米波“可见”：等离子体作为光学转换器
论文《First Demonstration of Lock-In Camera-Enabled Optical Up-Conversion Imaging for Millimeter-Wave Detection Using Glow Discharge Plasma》采用了完全不同的测量原理。
毫米波可穿透光学不透明材料，且为非电离辐射。然而，高灵敏度的二维探测器往往价格高昂、速度较慢或技术实现复杂。因此，作者使用一只小型辉光放电灯——即所谓的 Glow Discharge Detector——作为转换器。
当调制的毫米波辐射照射到灯中的等离子体时，会轻微改变其在近红外波段的发射。这种微弱的调制叠加在强得多的连续等离子体发光之上。这正是 Lock-in 检测发挥作用的地方：heliCam™ C4 接收与毫米波源调制相同的参考信号。因此，每个相机像素都能有针对性地提取光学发射的同步分量，并抑制不相关的背景光。
在实验中，毫米波源工作在 100 至 105 GHz 范围内。单个辉光放电探测器在 11 × 11 个位置的栅格上机械移动。研究人员根据测量值重建了一个约 50 × 60 mm 大小的 F 形金属物体的图像。
每个扫描位置的光学采集时间约为 100 ms，而早期基于相机的图像减法方法需要约 90 秒。这相当于提高了近三个数量级。然而，在演示系统中，完整采集耗时更长，因为单个探测器需要在栅格点之间机械移动。因此，下一步的合理发展方向是采用无需机械扫描的辉光放电探测器二维阵列。
辉光放电作为天然像素阵列？
第三篇论文《Debye-length-resolved detection in glow discharge plasma: toward a self-contained focal plane array for millimeter-wave imaging》同样基于毫米波、等离子体上转换与 heliCam™ C4 的组合，但提出了一个更进一步的问题：要实现面阵探测器阵列，是否真的需要布置许多独立的辉光放电灯——还是仅在单个灯内的等离子体就能提供空间上分离的测量区域？
出发点是所谓的德拜长度。它描述了等离子体中电荷被屏蔽的特征空间尺度。作者提出将这一数量级的局部等离子体区域视为可相互区分的传感元件。相位敏感相机可以并行读取这些区域由毫米波调制的、空间分布的近红外发射。
初步测量显示了等离子体发射的空间差异，这与对毫米波激励的局部不同响应相一致。然而，这项工作有意作为概念和展望：在当前实验中尚未实现在德拜长度尺度上具有验证分辨率的检测。该论文更多地描述了一条通向紧凑、低成本毫米波探测器的可能路径，其中单个等离子体放电本身承担焦平面阵列的功能。
一个共同趋势：相机成为传感器的一部分
这三项工作涉及两个截然不同的物理量。然而，它们有一个共同的基本原理：所寻求的信号首先被转换为光的微小、空间分布的变化。然后，heliCam™ 不仅仅是捕获图像，而是在每个图像点并行解调时间特征。
在磁场相机中，铷蒸气池承担传感器的角色。在毫米波测量中，则是辉光放电灯的等离子体。在这两种情况下，逐像素 Lock-in 检测都能将微弱的调制信号与强得多的光学背景分离。
两篇等离子体论文内部的发展尤其令人兴奋：第一篇论文展示了从测量到重建毫米波图像的完整测量链。第二篇论文已经在探讨如何将等离子体本身发展为空间分辨探测器。
此类研究工作展示了新型传感介质与成像 Lock-in 技术的结合如何催生新的测量仪器。我们期待着用 heliCam™ 陪伴这些研究团队的下一步工作。
您可以在我们的Lock-in 相机论文页面上找到这些及更多论文。
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