heliCam™ 不僅能使微弱的光學訊號可視化。結合適當的物理測量原理，它還能提供相機無法直接捕捉的數值資訊 —— 例如磁場或毫米波。
三篇新發表的論文從兩個截然不同的角度展示了這種潛力。其中一項研究利用銣蒸氣室和 heliCam™ 作為高解析度磁場相機。另外兩項研究則探討了如何利用電漿將毫米波轉換為調製的近紅外光，隨後使用 heliCam™ 進行檢測。
磁場相機：單個蒸氣室內擁有超過 7,000 個測量點
在「適用於零場條件的磁場相機」研究中，Ronja Rasser 及其同事展示了一款基於相機的光學抽運磁力計，用於接近零磁場的環境下運行。
實際的感測元件是一個厚度僅 300 µm 的銣蒸氣室。雷射光束穿透整個蒸氣室。局部磁場會影響銣原子的狀態，進而影響透射光的強度。heliCam™ C4 平行捕捉這些微小的、調製的強度變化，並在每個像素中直接進行解調。
透過 5 × 5 相機像素的合併（Binning），該系統在直徑約 4 mm 的圓形區域內實現了超過 7,000 個有效的測量點。最終的空間解析度約為 40 µm。在目前的實驗配置中，解析度並非受限於原子測量原理，而主要是受到未鍍膜蒸氣室視窗干擾的限制，這使得相機像素的合併成為必要。
研究人員記錄了頻率為 130 Hz 的振盪磁場梯度的空間分佈。這項工作表明，使用單個蒸氣室不僅可以實現多個測量通道，還能以成像方式捕捉隨時間變化的磁場圖案。
使毫米波可視化：電漿作為光學轉換器
論文「首次展示基於 Lock-in 相機的光學上轉換成像技術，用於輝光放電電漿的毫米波檢測」採用了完全不同的測量原理。
毫米波可以穿透光學不透明的材料且不具電離性。然而，靈敏的二維探測器通常價格昂貴、速度緩慢或技術複雜。因此，作者使用小型輝光放電燈（即所謂的輝光放電探測器）作為轉換器。
當調製的毫米波輻射照射到燈管內的電漿時，會微幅改變其在近紅外光波段的發射。這種微弱的調製疊加在更強的連續電漿發光上。這正是 Lock-in 檢測發揮作用的地方：heliCam™ C4 接收與毫米波源調製相同的參考訊號。藉此，每個相機像素都能有針對性地提取光學發射中的同步成分，並抑制無關的背景光。
在實驗中，毫米波源的工作頻率範圍為 100 至 105 GHz。單個輝光放電探測器在 11 × 11 個位置的網格上進行機械移動。研究人員根據測量值重建了一個約 50 × 60 mm 的 F 形金屬物體圖像。
每個掃描位置的光學採集時間約為 100 ms，而先前基於圖像相減的相機方法約需 90 秒。這相當於提升了近三個數量級。不過，在演示裝置中，完整記錄所需的時間較長，因為單個探測器必須在網格點之間進行機械移動。因此，下一個邏輯步驟將是開發無需機械掃描的二維輝光放電探測器陣列。
輝光放電作為天然的像素陣列？
第三篇論文「德拜長度解析的輝光放電電漿檢測：邁向毫米波成像的自給式焦平面陣列」基於相同的毫米波、電漿上轉換與 heliCam™ C4 組合，但提出了一個更深入的問題：為了實現平面探測器陣列，是否真的需要排列許多個單獨的輝光放電燈 —— 或者單個燈管內的電漿本身就能提供空間分離的測量區域？
出發點是所謂的德拜長度（Debye length）。它描述了電漿中電荷被屏蔽的特徵空間尺度。作者建議將此量級的局部電漿區域視為可相互區分的感測元件。相位敏感相機可以平行讀取這些區域隨空間分佈、受毫米波調製的近紅外發射。
初步測量顯示了電漿發射的空間差異，這與對毫米波激發的局部不同反應相吻合。然而，這項工作應被理解為一種概念與展望：在目前的實驗中，尚未實現具有德拜長度尺度解析度的檢測。該論文更多是描述了一種通往緊湊、低成本毫米波探測器的可能途徑，其中單個電漿放電本身即承擔了焦平面陣列的功能。
共同趨勢：相機成為感測器的一部分
這三篇論文處理了兩種截然不同的物理量。然而，它們的共同點是一個基本原理：所需的訊號首先被轉化為微小的、空間分佈的光變化。隨後，heliCam™ 不僅僅是捕捉一張圖像，而是在每個像素點平行解調時間特徵。
在磁場相機中，銣蒸氣室扮演了感測器的角色。在毫米波測量中，則是輝光放電燈的電漿。在這兩種情況下，像素級的 Lock-in 檢測都能將微弱的調製訊號從強烈的光學背景中分離出來。
這兩篇關於電漿的研究進展特別令人興奮：第一篇論文展示了從測量鏈到重建毫米波圖像的完整過程。第二篇則已經在探討如何將電漿本身進一步發展為具有空間解析度的探測器。
這些研究工作展示了結合新型感測介質與成像 Lock-in 技術如何催生出新的測量儀器。我們期待能以 heliCam™ 繼續支持這些研究團隊的後續發展。
您可以在我們的 Lock-in 相機相關出版物 頁面上找到這些及其他研究成果。
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