WPC2026：sCMOS相机在前沿光子学研究中的应用

1 引言2026年7月17日至19日第七届世界光子大会WPC2026在北京国家会议中心二期举行。大会由中国光学工程学会与国际光学工程学会联合主办设置微纳光学、量子光学、光学成像与显示、生物医学光子学、智能光子学、光电传感与探测等专题论坛集中讨论光场调控、弱光探测、先进显微及光电器件等前沿方向。中科君达视界携千眼狼RevealerQbit、Gloria系列sCMOS科学相机参加本届大会并围绕微纳光场成像、冷原子与冷离子荧光探测、超分辨显微等应用与参会研究人员开展交流2光子学研究对科学成像探测提出新的要求在传统光学实验中相机通常承担图像记录功能。随着研究对象由宏观光斑和静态样品扩展至亚波长结构、少光子信号和快速细胞动态相机已经成为决定实验探测下限、时间分辨能力和定量可靠性的关键测量环节。微纳光学研究通常涉及微腔、光子晶体、超表面、纳米波导及其他亚波长结构。此类实验不仅关注样品的几何形貌还需要分析结构产生的散射、辐射、耦合和模式分布。量子光学及原子物理实验中冷原子、冷离子和中性原子阵列产生的荧光信号通常较弱可用曝光时间又受到粒子寿命、加热效应、退相干时间和实验循环频率的限制。因此探测系统需要在有限光子预算下获得足够高的信号统计置信度。超分辨显微成像则同时依赖光学调制与计算重建以SIM为例一幅重建图像通常由多个照明方向和相位条件下采集的原始帧组成。相机的读出噪声、响应均匀性、帧间稳定性和采集速度会共同影响频谱重建结果。因此sCMOS科学相机的选型不能仅依据像素数或峰值帧率而应综合考察目标波段量子效率、读出噪声、暗电流、动态范围、像元尺寸、有效视场、快门方式、触发同步和长时间运行稳定性。不同研究方向的表观需求虽有差异其底层目标均是提高入射光子的有效利用率。3 浙江大学紫外微纳光子学成像记录微纳结构的远场光强分布微纳光子学研究关注光在亚波长结构中的传播、局域、耦合和辐射行为。结构尺寸、材料折射率、边界条件、入射波长及偏振状态的变化均可能引起输出光场模式和空间能量分布的改变。实验中通常需要借助显微光路、光谱系统和科学相机对微纳结构产生的透射、反射、散射或发光信号进行测量。在浙江大学开展的紫外微纳光子学实验中Gloria 4.2sCMOS科学相机被集成至显微光学系统用于记录紫外激发条件下形成的空间光强分布。测量图像中出现的环状或局域亮斑可以用于分析出射模式的空间对称性、中心位置、相对强度、能量集中区域及不同实验工况下的模式变化。4 中山大学冷离子云成像实现有限光子下的弱荧光探测量子光学分论坛上“冷离子云”的精密观测极具挑战。要清晰捕捉到被激光冷却至极低温、悬浮于超高真空环境中的离子云团探测器sCMOS科学相机必须具备极高的信噪比与极低的暗电流。中山大学物理学院采用了千眼狼RevealerGloria 1605 sCMOS科学相机用于寻找和观测冷离子云信号。其0.9 e-的亚电子读出噪声与90.7%高量子效率使其能够清晰识别离子云位置和整体形态的变化为后续定量标定、离子云尺寸、数目测量保留原始数据。5 华南师范大学SIM超分辨率成像支撑多帧结构光采集与重建在生物医学光子学分论坛上超分辨成像技术的活细胞动态观测是讨论的焦点之一。传统超分辨技术受限于成像通量与速度难以捕捉完整的生命动态过程。华南师范大学研究团队引入千眼狼Gloria 4.2 BSI sCMOS相机成功搭建高通量超分辨成像系统。得益于Gloria 4.2 BSI 95%的超高量子效率(QE)与极低的读出噪声1.0 e-系统能在极低的激光功率下清晰地捕获到细胞骨架及荧光微结构原始图像显示相机能够在较大视场内保持细丝状结构的连续性并为后续超分辨重建提供较完整的空间频率信息。相较于传统串行读出的EMCCDGloria 4.2 BSI sCMOS相机在大视场、高帧率和低读出噪声之间具有更强的并行读出优势有助于缩短结构光多相位采集时间并降低样品在重建周期内发生位移的概率。6 结语WPC2026的技术议题表明光子学研究正在由“获得图像”转向“获取可定量、可重建、可解释的光场信息”。在这一过程中sCMOS科学相机承担的不只是成像功能还包括弱光信号转换、高速时序采样、空间信息保真和复杂系统同步。随着光子学研究进一步向更低光子数、更高时间分辨率和更复杂计算重建方向发展sCMOS科学相机也将由通用成像设备进一步演变为先进光子学实验系统中的核心测量单元。