三篇关于 heliCam 的新研究论文——Lock-in 成像多功能应用的三个范例

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heliCam 被全球研究团队广泛应用,以在严苛条件下也能使极其微小的信号变化可见。三篇最新发表的论文展示了 Lock-in 成像如何在生物识别、量子传感以及场/信号成像领域开辟新途径。

在环境光下实现鲁棒的高光谱测量:远程生物识别(PPG、SpO₂、血压/心电图重建)

威斯康星大学麦迪逊分校的一个团队展示了一种基于 Lock-in 相机的高光谱框架,该框架调制波长特定照明并同步检测。这极大地抑制了环境光波动——这是传统高光谱系统的核心弱点。在光电容积描记法(rPPG)的验证中,心率估计误差小于 3 bpm;此外,通过双波长照明(660/940 nm)提取的血氧饱和度(SpO₂)动态变化的最大误差小于 3%。作者甚至通过机器学习(ML)从高质量信号中重建了血压和心电图特征。

金刚石传感:对失谐不敏感的矢量微波场宽场成像

中国科学院物理研究所的研究人员提出了一种利用金刚石中 NV 中心快速成像微波场的方法,该方法对失谐(例如由温度/磁场波动引起)具有鲁棒性。他们不使用拉比振荡,而是利用 ODMR 中的功率展宽(线宽展宽),并通过 Lock-in 原理(幅度调制 + 解调)检测微分变化。实验演示了具有约 800 nm 分辨率的微天线场的宽场成像,包括通过多个 NV 轴进行的矢量重建,并在大动态范围内表现出良好的线性度。

碳化硅量子显微镜:成像捕获电信号和电流感应磁场

亥姆霍兹中心德累斯顿-罗森多夫和德累斯顿工业大学的一个团队首次展示了基于 4H-SiC 中硅空位的碳化硅量子显微镜(QSiCM)。该平台利用 Lock-in 检测来空间分辨电流产生的磁场。报告的成果包括 50 毫秒的时间分辨率、约 30 微米的空间分辨率以及每像素约 2 µT Hz⁻¹ 的灵敏度。此外,作者还展示了一种双频测量策略,以更好地抵抗温度/应变影响,以及一种通过自旋能级反交叉实现的简化微波自由成像模式。

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这三篇出版物示例性地展示了 heliCam 的 Lock-in 成像如何在研究中以鲁棒、平面化和高环境光抑制的方式处理各种信号源(生物医学光学、量子/金刚石和碳化硅传感、场和信号成像),从而为创新传感中的新测量概念铺平道路。

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