JP4342334B2 - 顕微鏡 - Google Patents
顕微鏡 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4342334B2 JP4342334B2 JP2004035401A JP2004035401A JP4342334B2 JP 4342334 B2 JP4342334 B2 JP 4342334B2 JP 2004035401 A JP2004035401 A JP 2004035401A JP 2004035401 A JP2004035401 A JP 2004035401A JP 4342334 B2 JP4342334 B2 JP 4342334B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- photons
- photon
- detector
- integer
- quantum mechanical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y35/00—Methods or apparatus for measurement or analysis of nanostructures
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q20/00—Monitoring the movement or position of the probe
- G01Q20/02—Monitoring the movement or position of the probe by optical means
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B21/00—Microscopes
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Description
M. C. Teich and B. E. A. Saleh; Ces. cas. fyz. 47(1997)3-8.
本発明の実施形態に係る顕微鏡はエンタングルメントの興味深い性質を利用している。その性質とは、エンタングルメントで結ばれた波長λのn個の光子を観測対象と相互作用させて別々に測定して相関をとると、あたかも波長λ/nの光子で観測対象を測定したかのような振る舞いを示す、というものである。説明を簡単にするために、n=2の場合、すなわちエンタングルメントで結ばれた2個の光子の場合を例として、観測波長が短くなったかのように振舞う機構を詳細に説明する。
ここでE1 (±)、E2 (±)はそれぞれ検出器1、検出器2における光子による電場であり、以下のように表される。
E2 (+)=aiexp(ikrA2)+bi(ikrB2) …(5)
(E1 (-)、E2 (-)は、E2 (+)、E1 (+)のエルミート共役。)
ここでrAm、rBmはそれぞれ光子対発生点A、Bから検出器mまでの光路長である。またas、aiはそれぞれスリットA1、A2を通る光子対の消滅演算子、bs、biはそれぞれスリットB1、B2を通る光子対の消滅演算子である。〈Ψd|はスリット通過後の光子を表し、式(6)のようにスリットA1、A2を通る光子対とスリットB1、B2を通る光子対の重ね合わせの状態で書ける。
ただし、as +、ai +はそれぞれスリットA1、A2を通る光子対の生成演算子、bs +、bi +はそれぞれスリットB1、B2を通る光子対の生成演算子である。これにより、同時計測の確率P12を計算すると(7)のようになる。
ただし、rA=rA1+rA2、rB=rB1+rB2である。すなわち、rAは検出器2、スリットA2、スリットA1、検出器1を結ぶ光路長、rBは検出器2、スリットB2、スリットB1、検出器1を結ぶ光路長である。
図6を参照して本実施例の顕微鏡を説明する。本実施例では、アルゴンイオンレーザー51から約10mWの励起光を、厚さ約5mmのβ−バリウムボレート(BBO)結晶52(type−II)に照射し、エンタングルメントで結ばれた光子対を発生させた。BBO結晶52は回転可能であり、それぞれ位相整合をとりながら、励起光として458nmの光を入射して916nmの光子対を発生させること、および励起光として351nmの光を照射して702nmの光子対を発生させることが可能である。また結晶の入力側と出力側は円筒面に研磨され、結晶から出射する光子対が916nmの場合と702nmの場合とで出射位置と方向が変わらないようになっている。
図9を参照して本実施例の顕微鏡を説明する。本実施例でも、アルゴンイオンレーザー51とBBO結晶52からなる、実施例1と同様の光子対発生部を用いている。ただし結晶の光子出力側にはビームスプリッターを設置せず、色消しレンズ54を近接して設置してある。色消しレンズ54の集光点には実施例1と同様の観測対象となる試料101が設置され、ピエゾ素子で試料の位置を微小量変化させることが可能になっている。試料の位置は図中に矢印で示した座標軸方向x1に掃引される。
実施例2において、試料を透過した光子を検出する検出部を、5個のアバランシェ・フォトダイオードに置き換えた。各アバランシェ・フォトダイオードの出力を時間電圧変換器に入力し、10mWのアルゴンイオンレーザーによる励起で発生する光子対を試料に照射しながら、ゲート時間−50ns〜+50nsの100nsで同時計測を行なった。実施例2と同様に916nmと702nmの光子対で測定をしたところ、図8に示すような、波長分解能以下の構造を分解して観測したデータが得られた。
実施例2のBBO結晶の光子出力側に、微小な偏光ビームスプリッターを設置し、シグナル光とアイドラー光を分離し、偏光ビームスプリッターで反射したアイドラー光の光路に60cmの遅延路を設け、再びシグナル光と合わせた。また、検出器としてVisible light photon counter 61の代わりにアバランシェ・フォトダイオードを設置した。アバランシェ・フォトダイオードの出力を時間電圧変換器に入力し、2nsの検出時刻差をもつ光子検出を計数することによってエンタングルド光子対を測定した。その他は実施例2と同様にして、図8に示すような、波長分解能以上の構造を分解して観測したデータが得られた。
実施例4の光子対発生部と遅延路の変わりに、30cmの共振器長をもつファブリペロー型光共振器を用意し、その中にBBO結晶を設置した。アルゴンイオンレーザーによる励起で916nmおよび702nmの光子対を発生させた場合のいずれにおいても、光子対が共振器モードと共鳴するように、共振器長をピエゾ素子で微調整できるようにした。
Claims (8)
- 2個以上の光子i(iは1からnまでの整数、nは2以上の整数)からなる量子力学的なもつれ合いの状態にある光子の組を順次発生する部位と、
互いに量子力学的なもつれ合いを形成している光子iをそれぞれ別の方向に分離する部位と、
分離された光子iをそれぞれ集光するレンズiと、
レンズiのそれぞれに対し光子が集光される集光位置iの近傍に設置された同じ構造を持つn個の観測対象iに対し、観測対象の位置iと前記集光位置iとの相対位置iを微小量変化させる手段と、
前記観測対象iを透過してきた光子または前記観測対象iに散乱された光子を検出する検出器iと、
前記相対位置iをそれぞれ変化させながら検出器による光子の同時検出を計数する手段と
を有することを特徴とする顕微鏡。 - 2個以上の光子i(iは1からnまでの整数、nは2以上の整数)からなる量子力学的なもつれ合いの状態にある光子の組を順次発生する部位と、
発生した光子の集団を集光するレンズと、
レンズにより光子が集光される集光位置の近傍に設置された観測対象に対し、前記観測対象の位置と前記集光位置との相対位置を微小量変化させる手段と、
前記観測対象を透過してきた光子または前記観測対象により散乱された光子を検出する検出器と、
前記相対位置を変化させながら、光子検出数の任意設定した割合以上が前記量子力学的なもつれ合いの状態にある光子の単一の組に属するようにゲート時間が設定され、そのゲート時間内での前記検出器によるn光子の同時検出を計数する手段と
を有することを特徴とする顕微鏡。 - 前記観測対象を透過してきた光子または前記観測対象により散乱された光子を検出する複数個の検出器と、
それぞれの検出器からの出力を合計し、合計した光子検出数の任意設定した割合以上が、前記量子力学的なもつれ合いの状態にある光子の単一の組に属するようにゲート時間が設定され、そのゲート時間内での前記検出器による光子検出数の和としてn光子の同時検出を計数する手段と
を有することを特徴とする請求項2に記載の顕微鏡。 - 2個以上の光子i(iは1からnまでの整数、nは2以上の整数)からなる量子力学的なもつれ合いの状態にある光子の組を順次発生する部位と、発生した光子の集団を集光するレンズとの間に、前記集光位置に光子iが到達する時刻にずれが生じるように光子iのそれぞれに対して設けられた遅延路と、
前記量子力学的なもつれ合いの状態にある光子の組の中で最初に到達する光子の到達時刻に対してj番目に到達する光子の遅れ時間をτ(j)として(jは1からnまでの整数、nは2以上の整数)、前記相対位置を変化させながら、光子検出数の任意設定した割合以上が前記量子力学的なもつれ合いの状態にある光子の単一の組に属するように時刻測定の許容範囲が設定され、時間的に隣接して到達する光子間の到達時刻の差がそれぞれτ(k+1)−τ(k)(kは1からn−1までの整数)となるn光子の検出を計数する手段と
を有することを特徴とする請求項2または3に記載の顕微鏡。 - 前記光子iのそれぞれに対して設けられた遅延路の代わりに、前記量子力学的なもつれ合いの状態にある2個の光子からなる光子対を順次発生する部位を内包する光共振器であって、共振器モードに放出された前記光子対を前記光共振器の外へ取り出してレンズで集光することにより、前記集光位置へのそれぞれの到達時刻にずれを持つ、量子力学的なもつれ合いの状態にある光子iを生じさせる光共振器を有することを特徴とする請求項4に記載の顕微鏡。
- 前記観測対象の一部で特異的に吸収または散乱される光子エネルギーを持つ光子を検出することを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の顕微鏡。
- 前記観測対象の複数部位のそれぞれで吸収または散乱される光子エネルギーを持つ複数の光子を検出することを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の顕微鏡。
- 複数の波長の光子に関して量子力学的なもつれ合いの状態にある光子の組を順次発生する部位を有し、複数の波長に関して前記相対位置を変化させながら検出器による光子の同時検出を計数するように構成されていることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載の顕微鏡。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004035401A JP4342334B2 (ja) | 2004-02-12 | 2004-02-12 | 顕微鏡 |
US11/054,441 US7321429B2 (en) | 2004-02-12 | 2005-02-10 | Microscope using quantum-mechanically entangled photons |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004035401A JP4342334B2 (ja) | 2004-02-12 | 2004-02-12 | 顕微鏡 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005227497A JP2005227497A (ja) | 2005-08-25 |
JP4342334B2 true JP4342334B2 (ja) | 2009-10-14 |
Family
ID=34989435
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004035401A Expired - Fee Related JP4342334B2 (ja) | 2004-02-12 | 2004-02-12 | 顕微鏡 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US7321429B2 (ja) |
JP (1) | JP4342334B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8023828B2 (en) * | 2005-10-17 | 2011-09-20 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Quantum information conversion between matter and light representations |
JP4770383B2 (ja) * | 2005-10-18 | 2011-09-14 | 株式会社ニコン | 顕微鏡 |
GB2451803B (en) * | 2007-06-28 | 2010-06-09 | Toshiba Res Europ Ltd | An optical retrieval system, data storage system, data storage medium and method of optical retrieval and data storage |
CN100576013C (zh) * | 2008-05-16 | 2009-12-30 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 强度关联量子成像显微镜 |
CN103076006B (zh) * | 2012-12-28 | 2015-05-13 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 强度关联复值目标成像装置 |
CN104199017B (zh) * | 2014-08-05 | 2018-02-09 | 上海交通大学 | 基于量子纠缠光的实时测距***及其实现方法 |
CN107014496B (zh) * | 2017-04-07 | 2019-03-26 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于光子轨道角动量的纯相位物体成像*** |
GB2589303A (en) * | 2019-10-23 | 2021-06-02 | Univ Birmingham | Position measurement using squeezed light |
WO2021174211A1 (en) * | 2020-02-27 | 2021-09-02 | The Regents Of The University Of Michigan | Two-photon fluorescence microscopy at extremely low excitation intensity |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5796477A (en) * | 1997-02-27 | 1998-08-18 | Trustees Of Boston University | Entangled-photon microscopy, spectroscopy, and display |
EP1164401B1 (de) * | 2000-06-17 | 2005-03-09 | Leica Microsystems Heidelberg GmbH | Verschränkte-Photonen-Mikroskop |
US20020093632A1 (en) * | 2000-08-29 | 2002-07-18 | Teich Malvin C. | Three-dimensional fabrication using entangled-photon lithography |
DE10120425C2 (de) * | 2001-04-26 | 2003-12-18 | Leica Microsystems | Scanmikroskop |
US6744518B2 (en) * | 2001-08-24 | 2004-06-01 | Ut-Battelle, Llc | Interferometric source of multi-color, multi-beam entangled photons with mirror and mixer |
US6762844B2 (en) * | 2001-08-24 | 2004-07-13 | Ut-Battelle, Llc | Optical microscope using an interferometric source of two-color, two-beam entangled photons |
US6714294B1 (en) * | 2002-07-31 | 2004-03-30 | Advanced Micro Devices, Inc. | De broglie microscope |
-
2004
- 2004-02-12 JP JP2004035401A patent/JP4342334B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2005
- 2005-02-10 US US11/054,441 patent/US7321429B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20050213107A1 (en) | 2005-09-29 |
JP2005227497A (ja) | 2005-08-25 |
US7321429B2 (en) | 2008-01-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Moreau et al. | Imaging with quantum states of light | |
CN103091299B (zh) | 激光差动共焦图谱显微成像方法与装置 | |
US7087902B2 (en) | Fresnel lens tomographic imaging | |
JP5810667B2 (ja) | 光デバイス及び検出装置 | |
JP5736325B2 (ja) | 光学装置 | |
US9041931B2 (en) | Substrate analysis using surface acoustic wave metrology | |
US7321429B2 (en) | Microscope using quantum-mechanically entangled photons | |
US20030160955A1 (en) | System and method for epi-detected coherent anti-stokes raman scattering microscopy | |
JP4669995B2 (ja) | 光学顕微鏡及び観察方法 | |
US9170203B2 (en) | Enhancement of raman scattering | |
JP6073484B2 (ja) | Cars顕微鏡 | |
JP6324709B2 (ja) | 光計測装置及び光計測方法 | |
CN103926233A (zh) | 激光差动共焦布里渊-拉曼光谱测量方法及装置 | |
JP2013088223A (ja) | 光デバイス及び検出装置 | |
KR101139401B1 (ko) | 시료 표면의 잔류 화학물질 검출용 라만 분광기 및 이를 이용한 라만 분광 분석법 | |
CN106896095A (zh) | 复合表面等离子体共振及表面增强拉曼的显微成像技术 | |
CN105181656A (zh) | 激光差动共焦诱导击穿-拉曼光谱成像探测方法及装置 | |
Schaller et al. | Near-field infrared sum-frequency generation imaging of chemical vapor deposited zinc selenide | |
JP4895519B2 (ja) | 顕微鏡装置 | |
JPH0949849A (ja) | ワークピースのニア・フィールド測定を行うのに適した装置 | |
JPH0949851A (ja) | ワークピースの物理的特性を引き出す方法 | |
JP2007085744A (ja) | 表面プラズモン共鳴の測定装置及び測定方法 | |
CN107515047A (zh) | 检测亚波长尺度多焦点光斑偏振取向的装置及方法 | |
Bauer et al. | Ultrafast time dynamics of plasmonic fractional orbital angular momentum | |
Datskos et al. | Standoff imaging of trace RDX using quantum cascade lasers |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070703 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090609 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090707 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120717 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120717 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130717 Year of fee payment: 4 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |