在湖北光谷實驗室，研究員丁毅博士在進行光學成像探測實驗。

近日，在湖北光谷實驗室內，一束微弱到僅含幾個光子的激光正在照射生物樣本，科研人員緊緊盯著屏幕上得到的計算結果：“成像分辨率像素已達到百萬級。”

日常使用的手機攝像頭，像素普遍在千萬級，甚至過億，在生活中可以拍下清晰的照片。但在一些特殊場景，比如深海、高空，或在醫療檢測上，光信號微弱，空間分辨率低，需要用單光子探測器來捕捉圖像。光子是光的基本單位，我們日常生活中看到的光，其實是由無數個光子組成的。單光子探測器，顧名思義，就是能夠探測到單個光子的超高靈敏度探測器，在量子通信、天文學、生物醫學成像等領域有著重要應用。

“單光子探測器就像黑夜中的眼睛，可以捕捉到微弱的光信號。”湖北光谷實驗室研究員丁毅博士說，但單光子探測器受物理結構限制，像素數量通常只能達到數千，限制了其在高分辨率成像等方面的應用。

比如在天文觀測中，較低的像素個數，難以捕捉到更暗弱、更遙遠天體的細節;在生物醫學顯微成像中，也無法滿足對量子級熒光現象進行高分辨率記錄的要求。為突破這一難題，丁毅博士團隊將目光投向了計算成像這一領域。計算成像不同于傳統成像技術，它能夠通過光學調制和信號處理等手段，突破光電探測器在成像分辨率、成像幀率等方面的限制。“我們不再要求每個像素必須對應一個物理探測器，而是讓單個探測器在不同時間扮演不同角色，通過編碼光場和重構算法，最終恢復出幾十萬甚至上百萬像素的高分辨率圖像。”丁毅說，團隊的這項技術已達到國際先進水平。

此外，單光子探測器以往輸出的是模擬信號，實驗室團隊通過攻關研究，在芯片層次完成了單光子探測器的數字讀出，在獲取單光子信號時可以省去光子計數器件，使得成像與探測系統更加小型化、集成化，能夠面向更多應用場景。

成果的背后，是科研團隊無數個日夜的堅守付出。自2023年底立項開始，為趕進度，實驗室的燈光常常亮到天明。為驗證實驗光路和計算方法的有效性，團隊進行了大量的實驗，積累了海量數據。“每天都感覺時間不夠用，就想快些、再快些，讓更多高端器件實現國產替代。”丁毅說，目前研究團隊正與醫療器械、遙感探測等領域展開應用合作，首臺用于醫療領域的工程樣機正在研制中。目前，研究團隊還在開展免標記納米顆粒跟蹤、時域壓縮成像等多個技術難題攻關。“時不我待，早日攻克關鍵核心技術，我們干勁滿滿。”丁毅說。

審核編輯 黃宇