科學出版物展示了新技術的應用場域。博士論文往往更進一步：經過數年時間，研究者發展出全新的測量裝置、方法與實驗——所使用的儀器也因此成為研究工作中不可或缺的一部分。
令我們格外欣喜的是，2026 年共有三篇博士論文發表，皆採用 heliCam™ 進行成像式磁場測量。其中兩篇論文出自馬里蘭大學，研究主題為基於鑽石中氮空位（NV）中心的量子鑽石顯微術（Quantum Diamond Microscopy）。第三篇論文則來自夫朗和斐物理測量技術研究所（Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM），探討以薄銣蒸氣池進行成像式零場磁力測量。
這些研究所採用的物理方法各不相同，但都面臨相同的挑戰：必須以高靈敏度、在空間上解析出微小且隨時間調變的光學訊號。在這方面，heliCam™ 的逐像素平行 Lock-in 檢測技術提供了獨特的優勢。
Zechuan Yin：採用脈衝式測量方法的量子鑽石顯微術
在其博士論文 「Advanced Quantum Magnetic Microscopy With Solid-State Spin Ensemble in Diamond」 中，Zechuan Yin 於馬里蘭大學開發出新一代量子鑽石顯微鏡（QDM）。
鑽石中的 NV 中心可作為高靈敏度磁場感測器使用，並以光學方式讀取訊號。在量子鑽石顯微鏡中，研究者利用這類 NV 中心的集合，不僅在單一點上，而是在整個成像視野中偵測磁場。
本論文的重點之一，是將此原理擴展至先進的脈衝式量子感測方法。為此，所開發的 QDM 平台結合了高速 Lock-in 相機與任意波形產生器（Arbitrary Waveform Generator，AWG）。
該平台能實現多種測量功能，包括以 Ramsey 序列進行靜態及寬頻磁場成像、以動態解耦協定（Dynamical-Decoupling）進行窄頻測量，以及利用同調平均同步讀出（Coherently Averaged Synchronized Readout，CASR）進行核磁共振（NMR）成像。
高速 Lock-in 檢測技術使整個成像視野中調變後的螢光訊號得以並行解析，有助於將既有的脈衝式量子感測方法應用於成像式測量。
Jiashen Tang：具高時間解析度的動態磁場測量
Jiashen Tang 的博士論文 「Advancing Quantum Diamond Sensing for Dynamic Magnetic Imaging and Directional Rare-Event Detection」 同樣完成於馬里蘭大學。
在論文的第一部分，Tang 開發出一套脈衝式量子鑽石顯微鏡，用於成像式測量靜態與動態磁場。該系統結合了雙量子 Ramsey 磁力測量法、自旋浴驅動（Spin-Bath Driving）與高速 Lock-in 檢測技術。
藉此，該研究展示了在微米級空間解析度下，同時達到低於一毫秒時間解析度的磁場成像能力。透過穩定的訊號平均處理，甚至可解析至皮特斯拉（picotesla）等級的微弱磁場。
這類特性對於微弱且隨時間變化的磁場特別具有應用價值，例如來自電子電路、新型材料或生物系統的磁場。
論文的另一部分則探討將 NV 中心用作稀有事件及其方向性資訊的感測器。這項研究方向採用不同的測量概念，同時也展現出當今鑽石量子感測技術的廣泛應用範圍。
Ronja Rasser：在薄銣蒸氣池中實現超過 7,000 個測量點
Ronja Rasser 則在其博士論文 「Abbildende Nullfeldmagnetometrie mit dünnen Rubidiumdampfzellen」（以薄銣蒸氣池進行成像式零場磁力測量）中，採取了截然不同的物理方法，該研究於夫朗和斐物理測量技術研究所（Fraunhofer IPM）完成。
在此研究中，作為磁場感測器的並非鑽石中的 NV 中心，而是經光學泵浦的銣原子。研究者對一片僅 300 µm 厚的薄銣蒸氣池進行大面積光學讀取。局部磁場會影響自旋極化原子的光學特性，而由此產生的穿透光調變訊號，則由 heliCam™ 以空間解析方式進行偵測。
該系統僅利用單一蒸氣池，即可在直徑約 4 mm 的圓形區域內，實現 超過 7,000 個獨立測量點，所達到的空間解析度約為 40 µm。
為證明此系統不僅能偵測靜態磁場，研究者進一步測量了一個以 130 Hz 振盪的磁場梯度。如此一來，單一蒸氣池即可構成一台二維磁場相機。
關於由此研究衍生的 Optics Express 論文，我們已在先前的文章「三篇新研究論文採用 heliCam™——從磁場到毫米波」中介紹過。而這篇新發表的博士論文，則將相關研究置於成像式零場磁力計發展的更大脈絡中加以闡述。
三篇博士論文——兩種感測概念——一項共通的測量原理
鑽石中的 NV 中心與蒸氣池中的銣原子，兩者所依據的物理原理截然不同。然而這兩種方法有一項共通點：相機本身並非直接測量磁場。
取而代之的是，磁場與量子力學感測系統之間的交互作用會以光學方式讀出。所欲求取的資訊，正隱藏在經調變光學訊號的微小變化之中。
而這正是 heliCam™ 發揮作用之處：它能在眾多像素點上並行執行 Lock-in 檢測，將高靈敏度與成像式測量結合在一起。
heliCam™ 在 2026 年被三篇博士論文採用，作為開發全新磁場測量方法的工具，這讓我們格外感到欣慰。這些研究同時也展現出，Lock-in 成像技術如何能與不同的量子感測器相結合——從 NV 鑽石到原子蒸氣池皆然。
我們在此祝賀 Zechuan Yin、Jiashen Tang 與 Ronja Rasser 順利完成博士論文。
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