Манипулятор фотон цена: Доступ с вашего IP-адреса временно ограничен — Авито

Манипуляторы Foton | Фотон Мотор

Бортовые платформы от китайского производителя Фотон с манипуляторами идеально отвечают российским условиям эксплуатации. Для них характерна высокая надёжность, простота, лёгкость обслуживания — в России уже работает несколько десятков компаний, предлагающих полный сервис грузовиков. Кроме того, манипуляторы Foton, а также запасные части к ним и расходные материалы отличаются конкурентной ценой.

Преимущества манипуляторов Фотон

Грузовики с КМУ оснащаются несколькими типами двигателей мощностью от 105 до 240 л.с. — её вполне достаточно для решения широкого спектра задач. Сами моторы соответствуют европейским техническим и экологическим требованиям, безопасны, производительны и износостойки. К неоспоримым достоинствам манипуляторов Фотон, обеспечивших их распространённость в России и по всему миру, стоит отнести:

• высокий уровень комфорта для водителя — отдельные модели оснащены спальниками
• приятный дизайн, сочетающийся с эргономичным расположением органов управления
• экономичное потребление топлива, высокая производительность
• манёвренность при немалой грузоподъёмности.

Автоманипуляторы Фотон широко привлекаются в случаях, когда использование большого крана экономически нецелесообразно или технически невозможно. Что делает их оптимальными для строительных и обслуживающих компаний, работающих в условиях плотной городской застройки.

Как выбрать манипулятор Фотон

Прежде чем обратиться за покупкой автоманипулятора к дилеру, нужно уточнить ряд требований к технике — правильный подход позволит вам использовать машину для решения широкого круга задач, обеспечить её стабильную многолетнюю эксплуатацию.

Рекомендуется обратить внимание на следующие факторы:

• грузоподъёмность. Минимальное значение составляет 3 тонны, оптимальное — 5 тонн. Только тогда монтаж КМУ критично не повлияет на массу грузовика
• рекомендуемая длина кузова находится в пределах не менее 6-6,5 метра
• непосредственно КМУ стоит выбирать в зависимости от типа груза: предусмотрены как крюковые манипуляторы, так и гидравлические с механизмами с захватов.

Официальный дистрибьюторский центр «Фотон Мотор» предлагает технику Foton в Москве, а также запасные части и расходные материалы к ней на выгодных условиях. Для консультации и помощи в выборе автоманипулятора позвоните специалистам центра по номеру 8 (800) 100-88-43 или напишите нам на почту.

Малотоннажный грузовик Foton Ollin 1039 с краном манипулятором

Это аналог всем известной отечественной бортовой «Газели», которая отлично подходит именно для грузоперевозок по городу. Однако Foton отличается несравненно более высоким уровнем комфорта, чем в других автомобилях данной ценовой категории.

Манипулятор Foton 1039 малотоннажный грузовик, являющийся зарубежным аналогом «Газели». Он имеет, практически, такие же технические показатели, и комплектуется крано-манипуляторными установками, обладающими схожими характеристиками. Для работы в условиях крупного города это один из лучших вариантов, особенно при учете его низкой стоимости. Основными его привлекательными  чертами являются доступность и очень высокий уровень комфорта, который не может предоставить ни один другой автомобиль данной ценовой категории.

Кран-манипулятор Foton Ollin 1039 – одно из лучших предложений для тех, кто осуществляет перевозку относительно небольших грузов в городских условиях.

Конечно, крано-манипуляторные установки, которыми может комплектоваться бортовой фотон не могут похвастать высокой грузоподъемностью. Это КМУ гидравлического типа серии микро, с грузоподъемностью порядка 3 т/м. Если взять типичный вариант комплектации КМУ Fassi М30, которая имеет Г-образную конструкцию, то можно отемтить, что при максимальном вылете секций 6,8 м с размноженными механизмами удлинителями можно будет поднимать груз лишь 360 кг. Но при самом малом вылете в 2,5 метра можно будет манипулировать уже весом 1200 кг. Зато смонтировать такую установку можно и позади кабины, а также на задний свес, что в ряде случаев очень удобно.

В результате мы получаем маневренный, надежный, удобный бортовой фотон, с помощью которого можно осуществлять доставку грузов, который он будет самостоятельно загружать и разгружать. При необходимости этот автомобиль можно использовать не только для подвоза стройматериалов, но и в качестве небольшого подъемного крана, например при строительстве одноэтажных построек.

К сожалению, грейфер или гидробур установить на его вряд ли получится, но и необходимость в этом возникает не столько часто. Для Foton Ollin 1039 и так всегда найдется работа. Ведь необходимость в перевозках компактных грузов, небольших контейнеров, поддонов со стройматериалами и других подобных работах, существует всегда.

А учитывая уровень комфорта, который может обеспечить этот автомобиль за столь невысокую цену, мы получаем лучшее предложение по соотношению цена-качество в данном классе спецтехники.

Купить манипулятор Фотон 1039 с КМУ и бортовой платформой можно в отделе продаж  ООО «СпецТехКомплект»,наши специалисты всегда будут рады Вам помочь!

Технические характеристики: Foton Ollin 1039

Тип транспортного средства	Автомобиль бортовой с КМУ
Колесная формула	4×2
Тип двигателя/л.с	BJ493ZQ3 турбодизель Евро 3 / 95
Коробка передач	JC5-20, 5-ступ., механическая
Рулевое управление	Гидроусилитель
Общее число мест	2
Размер бортовой платформы:ДхШхВ, мм.	Min. 2,5×2,1×0,38 Max. 3,2×2,1×0,6
Масса перевозимого груза, кг.	1350-1180

Виды Foton Ollin 1039

Грузовой момент, т.м	Грузоподъёмность на min. вылете	Грузоподъёмность на max. вылете	Тип КМУ	Страна производитель
1.5	740кг.-2,10м.	515кг.-3,0м. 370кг.-3,95м.	Гидравлический, крюковой	Италия
3	995кг.-2.55м.	635кг.-4,7м.	Гидравлический, крюковой	Италия
3.9	1075кг.-3,65м.	590кг.-6,30м.	Гидравлический, крюковой	Италия

Кран-манипулятор Фотон 1093 по низким ценам в Москве

Цена по запросу

Грузоподъемность: 4495 (5000) кг.

Макс. мощность: 132 л. с.

Страна изготовитель шасси: Китай

Данный автомобиль снят с производства.

На смену Foton 1093 теперь выпускается
аналогичный по характеристикам Foton Aumark BJ1129

Грузовая техника Фотон

Грузовики Foton 1093 оборудуются краном манипулятором с шарнирной или телескопической стрелой. Модель не так давно появилась на отечественном рынке, но уже получила широкое распространение у представителей малого и среднего предпринимательства. Несмотря на доступную стоимость, грузовик отличается качественными техническими параметрами и экономичностью. Приемистый мотор Phaser 135Ti объемом 3,99 литра позволяет комфортно чувствовать себя при стремительных маневрах, а управление положительно сказывается на движении в ограниченных условиях.

Технические характеристики

Колесная формула	4х2
Ширина кабины, мм	2200
Количество мест	3
Габаритные размеры шасси (L x W x H), мм	7900×2330×2600
Монтажная длина, мм	5200
Колесная база, мм	4300
Колея (передняя/задняя), мм	1810/1600
Клиренс, мм	246
Снаряженная масса шасси, кг	4200
Полная масса, кг	8695
Грузоподъемность (технически допустимая), кг	4495 (5000)
Нагрузка на переднюю ось, кг	2900 (3200)
Нагрузка на задний мост, кг	5975 (6000)
Двигатель	Phaser 135 Ti-30
Мощность, л.с.	132
Крутящий момент, Н*м	460
Коробка переключения передач	JS6 — 600D (PTO)
Количество передач	6
Расход топлива, л/100 км	18
Максимальная скорость, км/ч	95
Максимальный угол подъема, %	>22
Шины	6+1/8.25 х R16
Объём топливного бака, л	120

Аналогичные по назначению:

Ford Cargo (10 тонн) Манипулятор цена по запросу Подробнее Ford Cargo (17 тонн) Манипулятор цена по запросу Подробнее

Аренда манипулятора Foton в Москве, цена от 899 руб/час

Подбор манипулятора Вы можете выбрать манипулятор с дополнительным оборудованием на нашем сайте самостоятельно или позвонить нам, сообщить адрес подачи техники и описать задачи, которые вам нужно решить, и мы сами подберем спецтехнику. ежедневно с 9:00 до 20:00 / в другое время заказывайте
8 (495) 540-51-75/ Обратный звонок

Марка, модель

Foton

Тип

Бортовой грузовик с КМУ

Грузоподъёмность

7 т.

Кран-манипулятор

XCMG SQ3

Грузоподъёмность стрелы

4 т.

Макс. вылет стрелы

18,8 м.

Максимальная высота подъёма

18 м.

Грузоподъёмность при макс. вылете стрелы

654 кг / 18, 8 м.

Марка, модель

Foton

Тип

Бортовой грузовик с КМУ

Грузоподъёмность

3 т.

Кран-манипулятор

UNIC

Грузоподъёмность стрелы

11 т.

Макс. вылет стрелы

11 м.

Максимальная высота подъёма

11 м.

Грузоподъёмность при макс. вылете стрелы

400 кг / 11 м.

Аренда манипулятора Foton

Стоимость аренды манипулятора Foton
на 20% ниже, чем у конкурентов

Дополнительное
оборудование и оснащение

• Коники
  для перевозки бревен и труб
  большого диаметра

• Вакуумные присоски
  для монтажа стекол
  (1000 руб/час)

• Цепные пауки
  для подъема тяжеловесных
  грузов

• Тросы
  для надежного
  закрепления груза в кузове

• Люлька
  для проведения высотных работ

• Пирамида
  для перевозки стекла и зеркал

• Цепные стропы
  для работы с поддонами
  кирпича и блоков

• Текстильные стропы
  для перевозки
  промышленного оборудования

• Наша техника оснащена всем необходимым для перевозки самых разных грузов.

• Скидка до 50%
  на краткосрочную аренду манипулятора
• 11-я смена в подарок
  при долгосрочной аренде манипулятора

Подробности акции уточняйте у менеджеров ежедневно с 9:00 до 20:00 / в другое время заказывайте
8 (495) 540-51-75/ Обратный звонок Рассчитать стоимость
аренды манипулятора

Прямо сейчас онлайн. Это займет не более 1 минуты

Рассчитать Клиенты говорят нам «спасибо» Наши заказчики

Мы оказываем услуги по аренде манипуляторов не только частным лицам, но также крупным строительным, монтажным и транспортным компаниям Москвы. Наши незаменимые партнеры — это предприятия широчайшего профиля, которым проще и дешевле работать с собственником транспорта, поэтому они пользуются нашими услугами каждый день.

Нашими клиентами стали более 3512 человек.

Мы ждем вас!

Перезвоним за 5 минут! Экономьте свои деньги на звонках!

Расположение манипуляторов

Аренда манипулятора в СПб. Цены от 5000 руб\смена на аренду крана-манипулятора

Стоимость услуг зависит от выбора машины и расстояния за пределами КАД.*

Сегодня каждый бизнесмен и просто обычный гражданин, который привык ценить собственное время, при нужде в аренде какой-то спецтехники выбирает только самые продуктивно работающие машины. К таковым без проблем можно отнести и кран-манипулятор.

Аренда манипулятора сегодня имеет одинаковую популярность в любом населенном пункте – в городе или селе. Именно кран-манипулятор способен сработать за двоих – побыть одновременно бортовым грузовиком и полноценным автокраном. Более того, воспользовавшись услугами манипулятора вы сможете решить сложные задачи в соответствии с самыми высокими требованиями безопасности. Главное — взять кран-манипулятор в аренду, имеющий нужные вам характеристики – грузоподъемность, высоту подъема и габариты.

Кран-манипулятор нынче может оказывать огромное число услуг. При этом данная спецтехника постоянно совершенствуется. Например. Сегодня в гидравлической системе манипулятора рабочая жидкость непрерывно циркулирует, предотвращая перегрев механизма. Краны-манипуляторы подразделяются на тяжелые, а также средние и облегченные. Последние частенько ставятся на машины до 10 т грузоподъемностью. Некоторые модели имеют дополнения в образе подрамников, фиксирующих выдвижных опор-аутригеров и т.п.

Высокий спрос аренда крана-манипулятора имеет, как говорилось, по причине функциональности спецтехники, которую в свое время называли фантастической. Гидравлический привод стрелы позволяет использовать не только крюк и стропы для подъема, погрузки или выгрузки привезенных грузов. Здесь используются такие устройства, как захваты для блоков, бруса, труб, грейферные ковши и т.п. Манипулятор без труда поднимет и подаст груз через забор, произведет погрузочно-разгрузочные работы в самом тесном месте.

Думаем, вы понимаете, что финансовая выгода от аренды манипулятора очень велика. Сами посудите – в одной единице спецтехники «уживаются» полноценный бортовой грузовик с платформой шестиметровой длины и не менее полноценный автокран. Способные много чего поднять, подать и положить. Кран-манипулятор – это необязательно только грузоперевозки. Машина успешно помогает людям в строительстве, благоустройстве территорий, а еще с ее помощью можно провести эвакуацию транспортного средства – разбитого, целого или сломанного.

Заказ манипулятора – услуга, которая выручает в самых неожиданных случаях.

Перевозка гаражей, киосков, а также других объемных неделимых конструкции может вызвать много сложностей, если действовать самостоятельно, не обращаясь за помощью к специалистам. В частности, перевозка гаражей требует решения таких непростых задач, как:

• Расчет веса перевозимого груза;
• Надежная фиксация бытовки, дверей, крыши и всех других необходимых элементов;
• Подготовка площадки для установки крана манипулятора;

Все вышеописанные действия регламентированы инструкцией «По перевозке крупногабаритных и тяжеловесных грузов автомобильным транспортом по дорогам РФ». Достоверной информацией о порядке выполнения всех работ и способе получения разрешительных документов обладают менеджеры нашей компании. Сотрудничая с нами, Вы можете быть уверены, что Ваш гараж, бытовка, киоск или строительный вагончик будут перевезены в кратчайшие сроки в целостности и сохранности.

Какой манипулятор выбрать?

Идеальным автомобилем для перевозки гаражей, киосков, бытовок и других аналогичных объектов по нашему городу Санкт-Петербургу и Лен области станет манипулятор арендованый в нашей компании. Наши манипуляторы имеют раскладные борта, что позволяет свободно разместить на платформе типовой гараж, контейнер или бытовку. Кран манипулятор способен единовременно поднять груз до 7 тонн и удерживать его длительное время для надежного расположения на платформе.

Обращаясь в нашу компанию, заказывайте аренду манипулятора у профессионалов, Вы можете быть уверены в высоком профессионализме.

Аренда манипулятора без водителя в Москве — YouDo

Аренда манипулятора без водителя может быть заказана с помощью сервиса Юду. На сайте youdo.com зарегистрированы частные владельцы спецтехники, а также компании, оказывающие услуги в аналогичной сфере.

С помощью сервиса Юду вы можете сравнить, по каким ценам техника сдается в аренду, какова стоимость суток проката, в каком состоянии находятся автомобили. Выбрав понравившегося арендодателя, вы сможете оперативно начать сотрудничество с ним.

Преимущества заказа спецтехники на Юду

Если вам требуется аренда манипулятора без водителя в Москве, посетите соответствующий раздел сайта YouDo и закажите прокат автомобиля напрямую у владельца. Преимущества заказа манипулятора для осуществления грузоперевозки у исполнителя Юду следующие:

• на сайте Юду вы сможете найти манипулятор с различными характеристиками грузоподъемности, мобильности, простоты в управлении
• манипуляторы находятся в полностью исправном состоянии, поскольку исполнители Юду сами пользуются ими и перевозят грузы
• вы можете заказать транспортный манипулятор на определенное время – одну смену, посуточно или долгосрочно

Квалифицированные и опытные исполнители Юду могут помочь вам при погрузке и разгрузке груза. Кроме того, услуги кранов или манипуляторов могут быть заказаны вместе с работой водителя.

Какие работы можно выполнить с помощью машин

Транспортный манипулятор, арендованный у исполнителей Юду, поможет в достижении многих целей. Например:

• перевозка грузов весом в несколько тонн
• доставка объемных и тяжелых товаров
• работы на стройплощадках

Исходя из целей вашей деятельности, вы сможете заказать манипулятор, который подходит именно вам.

Стоимость заказа авто у исполнителей Юду

Сдавая манипулятор, исполнители Юду не сотрудничают с посредниками и не делают лишних наценок. Цена на их услуги складывается только из объективных показателей:

• технические характеристики машины для грузоперевозок (грузоподъемность в тоннах, мобильность и пр.)
• срок выезда (смена, сутки, долгосрочно)
• время (дневное или ночное)
• дополнительные услуги (например, помощь специалиста в определенных вопросах)

Чтобы взять в аренду манипулятор без водителя в Москве и Московской области, посетите соответствующий раздел сайта Юду. Выберите понравившийся вам манипулятор и свяжитесь с его владельцем. Проинформируйте исполнителя о том, для каких целей вам требуется выезд техники (загрузка, доставка, строительные работы), будете ли вы арендовать ее посуточно или на более длительный срок. Благодаря сервису Юду аренда манипулятора без водителя будет совсем недорогой.

комплектации и цены от официального дилера

Колёсная база

3105

Размер колёс

245/70/R16

Ширина задней колеи

1580

Ширина передней колеи

1580

Объем багажника мин/макс, л

—

Объём топливного бака, л

Полная масса, кг

2975

Снаряженная масса, кг

1950

Количество передач

5

Коробка передач

механика

Тип привода

полный

Подвеска и тормоза

Задние тормоза

барабанные

Передние тормоза

дисковые вентилируемые

Тип задней подвески

зависимая, рессорная

Тип передней подвески

независимая, пружинная

Эксплуатационные показатели

Максимальная скорость, км/ч

160

Марка топлива

ДТ

Разгон до 100 км/ч, с

Расход топлива, л город

Расход топлива, л город/смешанный

Расход топлива, л город/трасса/смешанный

Расход топлива, л смешанный

Диаметр цилиндра и ход поршня, мм

—

Количество цилиндров

4

Максимальная мощность, л.с./кВт при об/мин

163 / 120 при 3600

Максимальный крутящий момент, Н*м при об/мин

360 при 1800 – 3000

Объем двигателя, см³

2776

Расположение двигателя

переднее, продольное

Расположение цилиндров

рядное

Степень сжатия

Тип двигателя

Тип наддува

турбонаддув

Название рейтинга

Оценка безопасности

Аккумуляторная батарея

Запас хода на электричестве, км

Высокопроизводительный, экономичный микроскоп с открытым исходным кодом для сканирующей двухфотонной микроскопии, модульный и легко адаптируемый

Abstract

Двухфотонная лазерная сканирующая микроскопия произвела революцию в области определения клеточных и физиологических функций в сильно изолированной ткани и в vivo . Однако для многих лабораторий существуют препятствия для приобретения двухфотонных микроскопов. Кроме того, если они находятся в собственности, типичные системы трудно модифицировать в соответствии с быстро развивающимися методологиями.Потенциальное решение этих проблем — дать ученым возможность построить свою собственную высокопроизводительную и адаптируемую систему, преодолев нехватку ресурсов. Здесь мы представляем подробные аппаратные ресурсы и протокол для создания вертикального, высокомодульного и адаптируемого двухфотонного лазерного сканирующего флуоресцентного микроскопа, который можно использовать для в vitro или в vivo приложениях. Микроскоп состоит из высококачественных компонентов на скелете из имеющихся в продаже оптико-механических деталей.Специальная конструкция позволила получить изображение ткани мозга мыши на глубине около 1 мм и обеспечить соотношение сигнал / шум, превосходящее все протестированные коммерческие двухфотонные системы. В дополнение к подробному списку деталей, инструкциям по сборке, тестированию и устранению неисправностей наш план включает полные трехмерные компьютерные модели, которые значительно сокращают базу знаний, необходимую для неспециализированного пользователя. Этот ресурс с открытым исходным кодом снижает барьеры, чтобы оснастить большее количество лабораторий высокопроизводительной двухфотонной визуализацией и помочь улучшить наше понимание клеточных и физиологических функций живых систем.

Образец цитирования: Rosenegger DG, Tran CHT, LeDue J, Zhou N, Gordon GR (2014) Высокопроизводительный, экономичный микроскоп с открытым исходным кодом для сканирующей двухфотонной микроскопии, который является модульным и легко адаптируемым. PLoS ONE 9 (10): e110475. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0110475

Редактор: Кристоф М. Эгертер, Цюрихский университет, Швейцария

Поступила: 16 июня 2014 г .; Одобрена: 28 августа 2014 г .; Опубликован: 21 октября 2014 г.

Авторские права: © 2014 Rosenegger et al.Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

Доступность данных: Авторы подтверждают, что все данные, лежащие в основе выводов, полностью доступны без ограничений. Все соответствующие данные находятся в документе и его файлах с вспомогательной информацией. Однако для просмотра трехмерных моделей в приложении необходимо загрузить и установить бесплатное программное обеспечение под названием Solidworks eDrawings (для Mac или ПК).

Финансирование: Канадский фонд сердца и инсульта, www.heartandstroke.ca, GG. Канадские институты исследований в области здравоохранения, www.cihr-irsc.gc.ca, GG. Canada Research Chairs, www.chairs-chaires.gc.ca. Alberta Innovates Health Solutions, www.aihealthsolutions.ca, DG и CT. Финансирующие организации не играли никакой роли в дизайне исследования, сборе и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи.

Конкурирующие интересы: Авторы заявили об отсутствии конкурирующих интересов.

Введение

Двухфотонные лазерные сканирующие микроскопы имеют явные преимущества по сравнению с системами конфокальной и деконволюции видимого света, поскольку они могут получать изображения глубоко в тканях с сильным светорассеиванием, имеют собственные оптические срезы и ограничивают повреждение клеток [1], [2 ]. Однако многие лаборатории не могут приобрести такие полезные микроскопы из-за различных препятствий, включая отсутствие подробных ресурсов с открытым исходным кодом, которые позволяют пользователям, не являющимся экспертами, выполнять свои собственные задачи.Кроме того, при наличии микроскопа большинство коммерческих и некоторых специализированных платформ трудно адаптировать к быстро меняющимся технологиям.

Изготовленные на заказ сканирующие микроскопы для двухфотонной визуализации существуют в лабораториях более двух десятилетий [3], [4], [5], [6], [7], [8]. Несмотря на то, что было много разработок для повышения производительности [4], [9], [10], [11], [12], [13], [14], [15], [16], существует лишь несколько аппаратные платформы, на которых базируются пользовательские системы. Во-первых, система, способная работать с двумя фотонами, может быть создана путем модернизации коммерческого конфокального лазерного сканирующего микроскопа видимого диапазона [5], [17], [18], [19], [20].Одним из преимуществ этого метода является то, что микроскоп уже имеет сканирующую головку, а также оптику и порты камеры для других типов световой микроскопии. Недостатками являются необходимость в дорогом конфокальном микроскопе, а конечный продукт после модернизации остается трудным для адаптации. Во-вторых, заказной двухфотонный лазерный сканирующий микроскоп может быть построен путем сборки отдельных оптико-механических элементов на рельсах с использованием деталей Thorlabs, Newport или Edmund Optics. Преимущество этой платформы в том, что она экономична, модульна и адаптируема благодаря доступности и совместимости различных частей.Явными недостатками являются необходимая база знаний о микроскопии, необходимая для первоначального проектирования, и отсутствие подробных ресурсов для создания высокопроизводительной системы (хотя см. [7]). Кроме того, в типичных оптико-механических системах отсутствует путь проходящего света для светлопольной микроскопии; тем самым ограничивая их применение. Наконец, заказные двухфотонные конструкции бесплатно доступны на Janelia Farms по адресу openwiki.janelia.org , на веб-сайте лабораторных технологий с открытым исходным кодом под названием labrigger.com и из Parker Lab в Калифорнийском университете в Ирвине на http://parkerlab.bio.uci.edu. Системы Janelia специализируются на в экспериментах vivo и представляют собой комбинацию оптико-механических деталей и специально разработанных механически обработанных компонентов. Преимущества заключаются в том, что предоставляется подробный ресурс, а специальный дизайн обеспечивает высокую производительность этих систем для их предполагаемого использования. Недостатки заключаются в том, что общая конструкция требует наличия множества деталей, обработанных на заказ, что делает систему менее гибкой по сравнению с системами, основанными в основном на готовых оптико-механических деталях.Таким образом, необходима комбинация этих различных платформ.

Здесь мы предоставляем подробный план аппаратного обеспечения с открытым исходным кодом для создания двухфотонного лазерного сканирующего микроскопа, который мы называем TIMAHC (произносится tie-mac ), что означает «Двухфотонная визуализация, которая является модульной, адаптируемой, высокопроизводительной и недорогой». эффективный. TIMAHC сочетает в себе многие сильные стороны различных стратегий заказных микроскопов, описанных выше: 1) TIMAHC почти полностью построен из готовых к продаже оптико-механических деталей от Thorlabs, к которым можно легко прикрепить и адаптировать высококачественные компоненты; 2) Специально подобранное оборудование, наряду с простыми, но эффективными световыми путями, обеспечивает получение глубоких изображений (около 1 мм в сильно светорассеивающих тканях) и отличное соотношение сигнал / шум; 3) Чтобы преодолеть пробел в знаниях о создании микроскопов, мы предоставляем трехмерные цифровые модели (просматриваемые в свободно доступной программе SolidWorks eDrawings), полный список деталей, инструкции по сборке, а также советы по тестированию и поиску и устранению неисправностей; 4) В дополнение к аппаратному обеспечению, необходимому для сканирования, моторизации и двухканального сбора флуоресценции (подробно описано ниже), TIMAHC имеет встроенный ФЭУ для обнаружения проходящего лазерного света и некогерентную установку подсветки Келлера для визуализации тканей; 5) TIMAHC оптимизирован для работы с сильно изолированной тканью, но может быть адаптирован в течение нескольких минут для в двухфотонной визуализации vivo .Наконец, хотя этот ресурс предназначен для того, чтобы облегчить неспециалисту пользователя в создании пользовательской системы двухфотонной визуализации, следует подчеркнуть, что такое начинание является важным мероприятием.

Методы и результаты: Microscope Build

Наша цель заключалась в создании высокопроизводительного микроскопа для лазерного сканирования двухфотонной флуоресцентной визуализации, который можно было бы использовать как для в , vitro и в приложениях vivo , а также в сочетании с другими методологиями, такими как электрофизиология с зажимом заплатки под визуальным контролем.Основная цель заключалась в том, чтобы сделать микроскоп как можно более гибким и доступным без необходимости в дорогостоящей и трудоемкой индивидуальной обработке. Эти цели привели к созданию TIMAHC (рис. 1; модель S1 — сборка микроскопа, просматриваемая с помощью SolidWorks eDrawings; таблица S1 — полные детали и прайс-лист).

Рисунок 1. Полная сборка TIMAHC.

Указаны все подузлы, в том числе: подузел детектора, подузел сканирования, подузел конденсатора, подузел кинематики, подузел ступени мотора xy, подузел предметного столика и подузел оптики стола.Красная линия указывает путь лазера Ti: Sapph. Показаны вид в перспективе под углом (сверху), вид спереди (слева) и вид сбоку (справа) (см. Модель S1 — Сборка микроскопа).

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0110475.g001

Программное обеспечение управления и аппаратура микроскопа

TIMAHC предназначен для работы в паре с существующим и широко распространенным программным обеспечением с открытым исходным кодом. TIMAHC был тщательно протестирован с помощью ScanImage [21] ( openwiki.janelia.org ).ScanImage работает в среде Matlab и использует оборудование для управления и сбора данных от National Instruments. Список совместимого оборудования микроскопа приведен в документации ScanImage. Таким образом, TIMAHC включает 5-миллиметровые гальванометрические сканеры (Cambridge Tech, деталь # 6210H), детекторы GaAsP PMT (Hamamatsu, деталь # h20770PA-40), ячейки Покеля для быстрого управления мощностью лазера (Conoptics, деталь # 350-80LA) и xyz моторизация (Sutter, part # MP-285; Dover Motion, part # XYR-8080). TIMAHC также можно контролировать с помощью других программных платформ с открытым исходным кодом, таких как Helioscan [22] или MPScope [23], но эти платформы не тестировались.

Детектор в сборе

Узел детектора (рис. 2) был разработан с коротким (13,5 см) фиксированным путем сбора флуоресценции, измеренным от задней апертуры линзы объектива до детекторов ФЭУ. Это было достигнуто путем подключения всего узла детектора, включая линзу объектива, к моторизованному шагу z (Sutter, деталь № MP-285). Принцип конструкции состоял в том, чтобы минимизировать потерю сигнала флуоресценции, вызванную неспособностью длинного светового пути собирать рассеянные (небаллистические) фотоны [1], [24].В состав сборочного узла детектора входят два детектора GaAsP PMT (Hamamatsu, номер детали h20770PA-40), которые обладают большей чувствительностью, чем стандартные двухщелочные или многощелочные ФЭУ. Чтобы направить излучаемый свет, мы использовали флуоресцентную оптику нестандартного размера и стандартную собирающую оптику. Во-первых, главное дихроичное зеркало (Chroma, деталь # 695cxxr) позволяет пропускать луч Ti: Sapph к образцу, отражая при этом эпифлуоресцентный свет короче 695 нм в сторону детекторов. После отражения близко расположенная 1-дюймовая коллекторная линза (Thorlabs, деталь # LA1708-A) фокусирует флуоресцентный свет на вторичное дихроичное зеркало.Мы используем зеленый / красный разделитель (Chroma, деталь # T560LPXR), но при желании можно использовать альтернативный дихроичный фильтр с соответствующими фильтрами излучения. Разделенный свет затем проходит по отдельным путям либо к зеленому (Chroma, деталь # ET525 / 50m-2P), либо к оранжевому / красному (ET605 / 70m-2P) эмиссионному фильтру, прежде чем пройти через окончательную асферическую линзу (Thorlabs, деталь # LA1805). -A), который фокусирует свет на ФЭУ на основе GaAsP. TIMAHC позволяет использовать линзы объектива с высокой числовой апертурой (NA) 0,8–1,1, погружаемые в воду. Мы тщательно протестировали использование 40X, NA1.0 (Zeiss, номер по каталогу 441452990), который имеет большой угол доступа и хорошее рабочее расстояние (2,5 мм) для патч-пипеток. При желании можно использовать альтернативные линзы объектива, принимая во внимание максимально возможный диаметр луча на TIMAHC и диаметр задней апертуры линзы объектива (см. Узел сканирования и обсуждение). Для каждой линзы объектива необходимо приобрести переходную втулку, чтобы соединить линзу с оптико-механическими устройствами (Thorlabs: резьбовые переходники для оптических компонентов). Могут быть добавлены магнитные манжеты для облегчения замены линз объектива (не показаны в модели Thorlabs, деталь № CP90f).Наконец, моторизованный ползунок по оси z (Sutter, деталь # MP-285-1z, высокая нагрузка) обеспечивает перемещение объектива на 1 дюйм и может перемещаться с шагом 0,1 мкм для сбора данных z-стека (модель S1 — детектор сборочный узел; см. Рисунок S1, на котором показано устройство для выравнивания при установке извещателя).

Рисунок 2. Детектор в сборе.

Слева ) Зеленый кружок показывает узел детектора на TIMAHC. Top ) Указаны основные части, в том числе: GaAsP PMT, флуоресцентные кубы, линза объектива и моторизованный слайдер z. Внизу ) Поперечный разрез, показывающий внутреннюю оптику: первичную и вторичную дихроики, зеленый и красный фильтры излучения, первичную собирающую линзу и асферические линзы ФЭУ (см. Сборку детектора модели S1).

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0110475.g002

Узел сканирования

Узел сканирования

TIMAHC (рис. 3) включает в себя смонтированные гальванометрические сканеры (Cambridge Tech, деталь # 6210H), которые направляют луч Ti: Sapph сначала в сканирующую линзу (Thorlabs, деталь # LSM04-BB), а затем через дуплетный ахроматический тубус-линза (Thorlabs, AC508-200-B).Эти две линзы отделены друг от друга суммой их фокусных расстояний (∼254 мм). Линзы увеличивают диаметр луча в 3,7 раза. Сканирующие зеркала на TIMAHC могут принимать пучок диаметром до 5 мм, а с учетом указанного выше коэффициента расширения 3,7 наибольший пучок, попадающий на заднюю апертуру линзы объектива, составляет 18,5 мм. Это позволяет использовать объективы с малым увеличением и высокой числовой апертурой, которые имеют большую заднюю апертуру.

Рис. 3. Сканирующий узел.

Левый ) Зеленый кружок локализует сканирующий узел на TIMAHC. Справа ) Указаны основные части сканирующего узла, в том числе: гальванометрические сканирующие зеркала, сканирующая линза, линза трубки, скользящий куб, устройство смены магнита объектива и камера NIR. снизу ) Показаны различные положения куба скользящего зеркала для выбора либо для двухфотонного формирования изображения, либо для изображения образца, передаваемого светодиодом / камерой (см. Модель S1– сканирующий узел).

https: // doi.org / 10.1371 / journal.pone.0110475.g003

В узле сканирования TIMAHC имеет ручной скользящий зеркальный куб и оборудование для установки чувствительной камеры в ближнем инфракрасном диапазоне (NIR) для визуализации тканей (Dage MTI, деталь № IR- 1000). Когда скользящее зеркало расположено на оптической оси, оно направляет проходящий свет от находящегося под столиком светодиода 940 нм на камеру. Когда скользящий куб перемещается от оптической оси, он позволяет лучу Ti: Sapph перемещаться вниз по оптической оси микроскопа для получения изображения двухфотонной флуоресценции.Эта конфигурация была выбрана из-за того, что выходы светодиода и Ti: Sapph перекрываются в диапазоне длин волн ближнего ИК-диапазона, что делает неподвижное (не скользящее) дихроичное зеркало непригодным для использования. Между подвижным зеркальным кубом и камерой мы включили систему магнитного кольца, так что линзы с разным фокусным расстоянием могут быть легко добавлены или удалены с пути света для обеспечения различного увеличения передаваемого изображения без переключения линз объектива. Отсутствие линзы в манжете магнита обеспечивает наибольшее увеличение, тогда как линза с фокусным расстоянием ∼150 мм (Thorlabs, деталь № AC254-150-B) обеспечивает полное поле зрения.За небольшую плату пользователь может добавить линзы для желаемого увеличения (модель S1 — сканирующий узел).

Конденсатор в сборе

TIMAHC включает в себя конденсатор (рис. 4) с компонентами для освещения Келлера, аналогичными тем, которые используются во многих световых микроскопах. Имеется полевая диафрагма (Thorlabs, деталь # SM1D12SS) для управления размером области просмотра и помощи при центрировании конденсатора. Конденсаторная диафрагма контролирует числовую апертуру передаваемого изображения, а также яркость и контраст.Имеется конденсорная линза с высокой числовой апертурой (0,69) (Thorlabs, деталь # C330TME-B), которая обеспечивает четкое переданное изображение образца с полем зрения приблизительно 100 микрон. Конденсаторная линза установлена ​​в элементе z-перемещения (Thorlabs, деталь # SM1Z), который позволяет точно регулировать высоту, чтобы сопрягать плоскость изображения с диафрагмой поля. Дополнительная пластина скольжения xy (Thorlabs, деталь # SPT1) позволяет пользователю центрировать диафрагму поля и, следовательно, линзу конденсора относительно оптической оси, чтобы завершить настройку Келера.TIMAHC использует светодиодный источник света NIR (940 нм) (Thorlabs, деталь № M940L3), который может четко отображать толстые, светорассеивающие образцы ткани, такие как четко изолированные срезы мозга. Кроме того, весь узел конденсора (вместе со столиком) можно легко опустить, чтобы увеличить пространство по оси z под линзой объектива на в экспериментах vivo . Если требуются большие в препаратах vivo , узел конденсатора можно полностью снять, и за счет перехода на более короткие стойки столика можно получить гораздо больше места.Наконец, конденсаторный узел включает расположенный под столиком чувствительный к ближнему инфракрасному излучению ФЭУ (Thorlabs, деталь № PMM02) для захвата передаваемого изображения ткани, созданного лучом Ti: Sapph. Возможно обнаружение передаваемых длин волн до 950 нм (модель S1 — конденсаторный узел).

Рисунок 4. Конденсатор в сборе.

Левый ) Зеленый кружок указывает на расположение узла конденсатора на TIMAHC. Правый ) Показаны основные части конденсора, включая: линзу конденсора, полевую линзу, диафрагму конденсора, полевую диафрагму, точный z-транслятор, разделительный куб 50/50, коллимационную линзу, светодиод 940 нм и чувствительный к ближнему ИК-диапазону ФЭУ (см. Модель S1– узел конденсатора).

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0110475.g004

Сборка настольной оптики

Для управления и направления пучка Ti: Sapph в микроскоп требуется различная настольная оптика (рис. 5). Из лазерной головки луч Ti: Sapph сначала попадает на светоделитель 50/50 (Thorlabs, деталь № CM1-BS015). Это вдвое меньше мощности луча, поступающего на TIMAHC, потому что мощность обычно избыточна, или для разделения луча для питания другой экспериментальной установки.Следующим на пути луча является шторка формирования изображения (Thorlabs, деталь # SH05), которая открывается и закрывается в соответствии с началом и концом получения изображения. После затвора мы направляем луч на кинематическое зеркало, которое отклоняет луч под регулируемым углом (Thorlabs, деталь № KM100). Кинематическое зеркало необходимо для точной настройки пути луча вниз по столу через различную оптику. Далее идет ячейка Поккеля или электрооптический модулятор (Conoptics, деталь № 350-80LA) для микросекундного быстрого управления мощностью лазерного луча.Клетка Поккеля обеспечивает простую регулировку мощности лазера в режиме реального времени при визуализации, но, что наиболее важно, она необходима для экспериментов, которые включают быструю фотостимуляцию, такую ​​как снятие клетки [25] или обесцвечивание, например FRAP [26]. Затем луч проходит через пару коллимирующих и расширяющих луч дублетно-ахроматических выпуклых линз (Thorlabs, деталь № AC254-30-B и -60-B). Две линзы разделены суммой их фокусных расстояний (90 мм), а соотношение фокусных расстояний определяет степень расширения (2X).Эта пара линз требуется для создания соответствующего диаметра луча, принимаемого сканирующими зеркалами, и для точной регулировки коллимации с помощью перемещающейся оси (Thorlabs, деталь № PT1). Коллимация имеет решающее значение, когда луч попадает в заднюю апертуру объектива, так что линза работает так, как задумано. Диаметр луча также важен для заполнения задней апертуры объектива и реализации NA. Поскольку луч имеет гауссов профиль, это достигается там, где по крайней мере 1/ e ² интенсивности луча равна диаметру задней апертуры [1], [8].После расширения и коллимации луч попадает в кинематический узел, установленный на телескопе. Обратите внимание, что дополнительные стандартные (не кинематические) крепления для зеркал могут быть добавлены в любую точку траектории луча стола, когда требуется поворот на 90 градусов. Мы используем широкополосные диэлектрические зеркала на столе и в микроскопе (Thorlabs, деталь № BB1-E03) (модель S1 — узел настольной оптики).

Рисунок 5. Узел настольной оптики.

Слева ) Зеленый кружок определяет расположение узла настольной оптики по отношению к TIMAHC. Top ) Показаны основные компоненты узла, в том числе: светоделитель 50/50, шторка формирования изображения, отводы пучка, кинематическое поворотное зеркало, ячейка Поккеля и подставка, неподвижное поворотное зеркало (а), а также детали для расширения и коллимации пучка. (две ахроматические дуплетные линзы и переводчик). Красная линия указывает путь Ti: Sapph-лазера через настольную оптику (см. Модель S1– сборочный узел настольной оптики).

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0110475.g005

Кинематический узел и моторизация xy

TIMAHC относительно уникален в том смысле, что сам микроскоп перемещается в направлениях x и y, а столик, на котором располагается в образце vitro или целое животное, является стационарным (рис.6). Это является преимуществом для в установках vivo , в которых животное не может перемещаться во время экспериментов. Основная оптическая шина TIMAHC крепится к моторизованной платформе перемещения по оси xy (Dover Motion, деталь № XYR-8080). Это устройство может выдерживать большую нагрузку (~ 125 кг) и имеет большой диапазон движения в направлениях x и y (15 см для каждой оси). Примечательно, что устройство можно перемещать настолько далеко, что узел конденсатора может контактировать со столиком для пробы. Чтобы избежать этого, мы ввинчиваем стальные стойки (Thorlabs, деталь # TR2 и TR3) в оптический стол, окружающий XYR-8080, чтобы ограничить перемещение xy.Зеркала наведения луча установлены на осях поступательного движения на XYR-8080 таким образом, чтобы поддерживать выравнивание луча при движении микроскопа. Первый из них — это поворотное зеркало, установленное на передней части XYR-8080, которое перемещается только в направлении оси x. Второе и третье направляющие зеркала установлены в нижнем и верхнем кинематических узлах, которые перемещаются как в направлении x, так и в направлении y. Кинематические зеркала используются для точного направления Ti: Sapph луча на гальванометрические сканирующие зеркала и вниз по оптической оси (модель S1 — кинематический узел и узел xy ступени).

Рис. 6. Кинематические зеркала и узлы ступени мотора xy.

Слева ) Зелеными кружками показаны кинематические зеркала и узлы xy моторной ступени на TIMAHC. Справа ) Показаны верхнее и нижнее кинематические зеркала, а также поворотное зеркало, которое направляет луч на сканирующие зеркала. Нижняя часть ) xy моторная ступень и одноосевое поворотное зеркало показаны. Это позволяет TIMAHC перемещаться в направлении xy, сохраняя выравнивание балки (см. Модель S1 — кинематический узел).

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0110475.g006

Компьютеры и блоки питания

TIMAHC работает на обычном компьютере: четырехъядерный процессор с тактовой частотой 3,5 ГГц, 16 ГБ ОЗУ, блок питания на 500 Вт и жесткий диск на 2 ТБ. Мы используем монтируемый в стойку компьютер 4 U от Superlogics. Мы воздерживаемся от указания точной материнской платы и компонентов, поскольку компьютерные технологии быстро меняются. Пользователь должен убедиться, что используемая материнская плата имеет соответствующие слоты расширения для приема карт National Instruments, требуемых программной платформой с открытым исходным кодом (т.е. ScanImage). Компьютерный корпус 4 U обеспечивает достаточно места для большой платы управления / сбора данных (National Instruments, деталь № PCI-6110). Кроме того, для некоторых компонентов микроскопа требуются линейные источники питания, включая сканирующие зеркала, предварительные усилители для сигналов GaAsP PMT, GaAsP PMT и подкаскадный PMT. Мы используем стандартные линейные источники питания для питания этих элементов (Topward, детали # 6303D и 3815D), за исключением специально разработанных источников питания для GaAsP PMT (Hamamatsu, part # C7169).Источники питания для ФЭУ также обеспечивают регулировку усиления.

Сборка сцены

Мы разработали специальный столик для образца, который позволяет быстро и легко адаптировать к изменяющимся потребностям эксперимента (рис. 7). На самом микроскопе необходимо выполнить только две пользовательские обработки (обе для узла сканирующего узла сканирующего зеркала). Для нестандартного предметного столика требуются три дополнительных элемента: верх предметного столика, основание предметного столика и специальная ванна для тканей. Как верхняя, так и нижняя часть столика быстро регулируются по высоте и могут достичь конфигурации в экспериментах vivo за считанные минуты.В верхней части сцены есть множество резьбовых отверстий для крепления небольших ручных манипуляторов, проточных нагревателей или других предметов, необходимых для эксперимента. Нижняя ступень представляет собой площадку для вышек манипулятора. Как положение башен на нижней ступени, так и высоту башен можно легко отрегулировать для обеспечения гибкости. Наконец, ванна для тканей была разработана для острых срезов головного мозга, но в пространственных пределах ванны возможны многие другие типы тканей. Имеются входные и выходные порты для буферного раствора, а также переливной желоб и отверстие для подключения трубки.Это помогает избежать разливов раствора, которые могут повредить диафрагмы под сценой, светодиоды и ФЭУ (модель S1 — сборка сцены).

Рис. 7. Образец сборки предметного столика.

Слева ) Зеленым кружком локализована сборка предметного столика относительно TIMAHC. Справа ) Показаны основные части подузла столика, в том числе: верх столика, низ столика, ванна для тканей, регулируемые по высоте ножки и опоры манипулятора. Низ ) Изображение ванны для тканей крупным планом, выделено отделение для образца, входные / выходные каналы, переливной желоб и переливное дренажное отверстие (см. Подузел ступени модели S1).

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0110475.g007

Дополнительные расходы

TIMAHC — доступное и гибкое решение для сканирующего микроскопа (~ 65 тыс. Долларов США), однако типичный двухфотонный лазерный источник света стоит дорого. Наиболее распространенным является Ti: Sapph-лазер, который представляет собой широко настраиваемый (∼690–1040 нм) мощный (∼3 Вт) сверхбыстрый генератор (∼80 МГц). В зависимости от модели диапазон цен составляет 140–220 тыс. Долларов США. Более доступные альтернативы с выходами с фиксированной длиной волны (например,грамм. при 780 или 1040 нм) и меньшая мощность, так как многие флуорофоры все еще могут быть возбуждены. Мы используем Coherent Chameleon Ultra II (средняя мощность 4 Вт, длительные импульсы 140 фс, 80 МГц, 670–1080 нм). Для лабораторий, которые не могут получить источник света для флуоресцентной визуализации, мы предоставляем 3D-модель, детализирующую модифицированную версию TIMAHC, предназначенную для инфракрасной визуализации и фотостимуляции (Модель S2 — IMEPS). Наконец, для любого сканирующего микроскопа необходим стол виброизоляции ($ 5–15 К). Необходимая степень виброизоляции (размер столешницы, сердцевина и демпфирование) должна быть оценена в том месте, где будет размещена система (проконсультируйтесь с поставщиком).Как минимум, TIMAHC и Ti: Sapph лазер потребуют площади поверхности стола 4 × 4 фута и толщины не менее 8 дюймов (1,2 м × 1,2 м × 210 мм). Мы используем серию Newport S-2000 с размерами 4 × 8 футов и толщиной 8 дюймов (1,2 м × 2,5 м × 210 мм). Большая площадь поверхности используется для разделения луча Ti: Sapph и подачи питания на другую систему формирования изображений на том же столе.

Методы и результаты: Характеристики микроскопа

Технические характеристики микроскопа

Используя целевой стандарт разрешения USAF (Edmund Optics, каталожный № 58–198), мы определили размер поля зрения, отображаемого TIMAHC.Используя объектив Zeiss 40X NA1.0 с углом сканирования 15 градусов, мы измерили поле зрения 292 ² мкм (рис. 8a). Затем мы исследовали предел разрешения. Используя зеленые флуосферы диаметром 100 нм (Life Technologies, # F-8803) и визуализацию на длине волны 770 нм, мы обнаружили, что TIMAHC имеет радиальное (xy) разрешение 0,440 мкм и осевое (z) разрешение 1,680 мкм (полная ширина на половине высоты. (FWHM) гауссовой аппроксимации, n = 8 бусинок, рис. 8b). По сравнению с теоретическим пределом разрешения 0,385 мкм для радиального и 1.540 мкм для осевой на этой длине волны, TIMAHC работает близко к дифракционно ограниченному. Также не было значительных сферических аберраций, поскольку функция осевого рассеяния точки точно соответствовала ожидаемой гауссовой аппроксимации [27] (рис. 8b слева). Затем мы проверили эффективность сбора данных системой. При разной мощности возбуждающего света (усиление детектора 60%) мы визуализировали раствор SR-101 (100 мкМ, Sigma, # S7635) на длине волны 850 нм и собирали красную флуоресценцию на длине волны 570-640 нм. Мы либо измерили сигнал флуоресценции, зарегистрированный с помощью ФЭУ (рис.8c слева) или использовали фотодиодный измеритель мощности (Thorlabs, деталь # S121C), который был непосредственно нарезан на узел детектора путем замены ФЭУ (возбуждение 1 мВт = собранное 122 мкВт, 2 мВт = 178 мкВт, 5 мВт = 427 мкВт, 10 мВт = 834 мкВт, 20 мВт = 1630 мкВт, рис. 8c справа).

Рис. 8. Характеристики микроскопа: поле зрения, разрешение и отношение сигнал / шум.

A ) Поле зрения с использованием объектива Zeiss 40X NA1.0 при угле сканирования 15 градусов определялось путем визуализации цели стандартного разрешения USAF.Темная полоса относится к элементу 1 группы 1 на мишени, ширина которого составляет 250 микрон. Поле было рассчитано на ширину 292 мкм. B ) Функции распределения точки, показывающие осевые (слева) и радиальные (справа) пределы разрешения, определенные путем визуализации 100-нм флуосферных шариков при возбуждении 770 нм. C ) Сбор флуоресценции определяется либо с помощью ФЭУ, генерируемого значениями серого на 12-битном изображении при 60% -ном усилении детектора (слева), либо путем измерения мощности собранного света с помощью измерителя мощности фотодиода (справа) при возбуждении красного красителя SR- 101 при разных мощностях возбуждения. D ) Средний сигнал красной флуоресценции и связанное с ним стандартное отклонение (слева) и отношение сигнал / шум: среднее значение / стандартное отклонение (справа) для SR-101, полученного при различных мощностях возбуждения. Данные сравнивают TIMAHC с тремя коммерческими двухфотонными системами: Olympus FV300, Nikon A1 и Leica SP5 II.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0110475.g008

Затем мы проанализировали отношение сигнал / шум на TIMAHC и сравнили его с тремя коммерческими системами двухфотонной визуализации: Olympus FV300, Nikon A1 и Leica. SP5 II.Для этого мы сохранили длину волны возбуждения (850 нм), мощность возбуждения (5, 10 и 20 мВт), время задержки пикселя или частоту кадров (∼3,2 мкс или 1 Гц), поле зрения (∼150 мкм), пиксель. плотность (512 ² ) и битовая глубина изображения (12 бит) постоянны между различными микроскопами. Во всех микроскопах в качестве источника света использовался когерентный хамелеонный лазер, благодаря чему ширина импульса и частота повторения также оставались неизменными. Мы отметили числовую апертуру объектива (от 0,8 до 1,1) и сделали изображение раствора SR-101 (100 мкМ). Для данного изображения мы сделали самый яркий пиксель как можно ближе к точке насыщения (значение серого 4096), увеличив усиление детектора.Мы рассчитали средний сигнал по стандартному отклонению (SD) сигнала для каждого изображения. Мы обнаружили, что TIMAHC имеет характеристики отношения сигнал-шум, которые превышают характеристики протестированных коммерческих микроскопов (отношение сигнал-шум при 5, 10 и 20 мВт: TIMAHC obj 40x NA1.0 = 11,0, 13,1, 19,9; Olympus FV300 obj 20x NA1.0 = 8.1, 11.4, 18.5; Nikon A1 obj 25x NA1.1 = 5.1, 7.4, 12.8; Nikon A1 obj 16x NA0.8 = 4.3, 6.7, 11.0; Leica SP5 II = 1.7, 2.9, 5.7, рис. 8г). Эти данные демонстрируют преимущества простых путей возбуждения и сбора света и целевого оборудования на TIMAHC.

Чтобы подтвердить, что TIMAHC не страдает хроматической аберрацией или радиальным искажением, мы визуализировали однородный стандарт флуоресценции с тонкими структурами, которые могли быть широко возбуждены и широко излучали ( Convallaria ). Чтобы проверить хроматическую аберрацию, мы количественно оценили наложение сигнала флуоресценции с использованием выборки пикселей супра-Найквиста (пиксель = 0,125 мкм) между 1) зеленым излучением и красным излучением при возбуждении на фиксированной длине волны (850 нм) и 2) наложением сигнала между зеленое излучение при возбуждении на двух разных длинах волн (850 и 950 нм).Разница в FWHM тонких структур (зеленое и красное излучение: 0,46 +/- 0,08 пикселя или 0,057 +/- 0,01 мкм, n = 5, рис. 9a – c; возбуждение 850 против 950: 2,55 +/- 0,3 пикселя или 0,31 +/– 0,03 мкм, n = 5, рис. 9d – f) и разность координат xy пика этих структур (зеленое и красное излучение: 0,18 +/– 0,06 пикселя или 0,057 мкм, n = 5, рис. 9a – c: возбуждение 850 против 950: 0,90 +/– 0,28 пикселя или 0,11 +/– 0,03 мкм, n = 5, рис. 9d – f) было ниже предела разрешения. Чтобы проверить радиальное искажение, мы переместили тонкую структуру (клеточную стенку) на образце Convallaria по всему полю зрения на регулярных физических расстояниях (45 микрон, как определено калиброванной моторизацией) и сделали отдельные изображения на разных расстояниях. путешествовал.Мы обнаружили, что измерения линейного расстояния ожидаемых шагов в 45 микрон были точными до 45 микрон в пределах разрешающей способности (ожидаемое = 45 мкм; измеренное = 45,07 +/- 0,05 мкм, n = 3, рис. 9g, h) и что совокупный измерения с точностью до 0,5 мкм соответствуют общему ожидаемому расстоянию (ожидаемое = 270 мкм; измеренное = 270,43 +/- 0,25 мкм, n = 3, рис. 9g, h). Эти данные свидетельствуют о том, что на заказную оптическую цепь на TIMAHC не влияет хроматическая аберрация или радиальное искажение.

Рисунок 9.Характеристики микроскопа: тесты на хроматическую аберрацию и радиальное искажение.

A ) Образец Convallaria , возбуждаемый на длине волны 850 нм, собирая зеленую и красную флуоресценцию (маленькие изображения слева) (каналы объединены справа). Линии представляют проанализированные профили. B ) Ширина зеленой и красной структуры (FWHM) и положение пика (подгонка по Гауссу) от линии, обозначенной звездой в A . C ) Сводка, показывающая расстояние между пикселями зеленого и красного FWHM и разность расстояний в пикселях между двумя пиками аппроксимации кривой. D ) Convallaria образец возбуждали при 850 нм и 950 нм, собирая зеленую флуоресценцию (маленькие изображения слева) (изображения объединены справа). Линии представляют проанализированные профили. E ) Ширина структуры 850 и 950 (FWHM) и положение пика (подгонка по Гауссу) от линии, обозначенной звездой в D . F ) Сводная информация, показывающая пиксельное расстояние для 850 и 950 FWHM и разницу в пиксельном расстоянии между двумя пиками аппроксимации кривой. G ) Последовательные изображения в полном поле зрения (обрезанный прямоугольник), каждое из которых было получено после перемещения предметного столика на 45 микрон в одном линейном направлении с помощью моторизации.Красные стрелки указывают на конкретную функцию, чтобы показать перевод изображений. H ) Ожидаемые (пунктирная линия) и измеренные (символ) расстояния до мелкого объекта при его перемещении с шагом 45 микрон по всему полю зрения. Были проведены сегментарные (синий кружок) и кумулятивные (фиолетовый ромб) измерения.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0110475.g009

Характеристики биологических образцов микроскопа

Заявление об этике.

Работа выполнена в строгом соответствии с рекомендациями комитета по уходу и использованию животных Университета Калгари.Все процедуры были одобрены этим комитетом и подробно описаны в институциональных протоколах M11002 и M11032. Были приложены все усилия, чтобы устранить или минимизировать страдания. В хирургических процедурах использовалась анестезия изофлураном на уровне подавления рефлекса (5% индукция, ~ 2% поддерживающая терапия) и послеоперационный анальгетик бупренорфин (IP 0,1 мг / кг). В качестве конечных точек животных подвергали глубокой анестезии с использованием изофлурана и декапитировали с использованием гильотины грызунов либо для подготовки ткани для экспериментов с острым срезом мозга, либо после в vivo визуализации завершали.

Мы исследовали способность TIMAHC обнаруживать слабые или яркие физиологические сигналы от остро изолированной ткани. Остро изолированные срезы мозга (приготовленные, как описано ранее [28]) были получены из трансгенных мышей Cre-Lox, у которых специфический для астроцитов промотор GLAST (JAX # 012586) вызывал cre-зависимую экспрессию генетически кодируемого индикатора Ca2 + GCaMP3 (JAX # 014538). (Рис. 10а, б). Из-за использования гемизиготных мышей GCaMP3 и низкого сигнала GCaMP3 при уровнях Ca2 + в состоянии покоя [29] мы наблюдали слабую базальную флуоресценцию в астроцитах при отображении на 940 нм (значения серого 13.3 +/- 0,5) по сравнению с SR-101 (значения серого 137,5 +/- 0,8). Тем не менее, TIMAHC улавливает спонтанные переходные процессы Ca2 + в микродомене в тонких процессах астроцитов с отличным отношением сигнал-шум (ΔF / F = 142,1 +/- 16,6, базовое SD = 1,2, n = 8, рис. 10b, c). Чтобы исследовать яркий сигнал, мы электрически вызывали переходные процессы Ca2 + в астроцитах и ​​нейронах с помощью концентрического биполярного стимулирующего электрода (FHC) и стимулятора Grass S88X. Это было выполнено на срезах мозга, взятых у крыс Sprague Dawley (p25). Срезы заполняли массой Rhod-2 / AM (10 мкМ, 0.1% ДМСО, 0,05% плюроновой кислоты, 45 мин инкубации при 34 ° C). Rhod-2 — синтетический индикатор Ca2 + с большим динамическим диапазоном, более ярким сигналом покоя, но с аналогичным Kd по сравнению с GCaMP3 [29]. Мы возбуждали Rhod-2 на длине волны 850 нм и обнаружили, что кратковременная электрическая стимуляция (1 с 50 Гц при 1,6 В) афферентных аксонов вызывает большие переходные процессы Ca2 + в неокортикальных нейронах и астроцитах с небольшим исходным шумом (ΔF / F = 213,4 +/- 39,5, исходное SD = 0,5, n = 6, рис. 10г, д).

Рис. 10. Характеристики микроскопа: визуализация Ca2 + в остро изолированной ткани.

A ) Изображения двухфотонной флуоресценции срезов мозга мышей GLAST-Cre LSL-GCaMP3. Экспрессия индикатора Ca2 + GCaMP3 в астроцитах показана совместной локализацией в SR-101. Обводка астроцитов обведена желтым. B ) Астроцит крупным планом с интересующими областями микродоменов. C ) Необработанные сигналы Ca2 + из интересующих областей в B . Вставка показывает ΔF / F. D ) Нейроны и астроциты, загруженные Rhod-2 / AM (серый) и артериола, заполненная FITC-декстраном (зеленый) в неокортексе.Показаны интересующие регионы. E ) Необработанные сигналы Ca2 +, обнаруженные из интересующих областей в D, в ответ на 1-секундную электрическую стимуляцию афферентных волокон частотой 50 Гц. Вставка показывает ΔF / F.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0110475.g010

Чтобы проверить, насколько глубоко TIMAHC может отображать в сильно светорассеивающей ткани, мы выполнили анализ зависимости глубины от мощности возбуждения в коре головного мозга мыши в vivo . Для равномерной концентрации флуорофора по всей глубине ткани в хвостовую вену вводили FITC-декстран (7 мг в растворе 0.15 мл лактатных рингеров) у мыши p35 C57Bl / 6 с имплантированным черепным окном [30]. Используя объектив Nikon 16X 0.8NA, TIMAHC захватил изображение кортикальной микрососудистой сети с размером ∼725 ² мкм (рис. 11a, b). На поверхности мозга средняя мощность возбуждения составляла 1,2 мВт на длине волны 780 нм. На глубине TIMAHC отображал до 960 мкм при средней мощности возбуждения 204,6 мВт на длине волны 780 нм до тех пор, пока фоновый сигнал почти не сравнялся с сигналом, исходящим из микрососудов (значение серого капилляра: 75.89 +/- 0,74, значение серого фона: 65,33 +/- 1,0, отношение 1,16, n = 5). На меньших глубинах TIMAHC также визуализировал клетки Ca2 + (астроциты, нагруженные Rhod-2 / AM) в большом поле зрения внутри черепного окна (рис. 11c). Используя линзу Zeiss 40X NA1.0, можно было четко визуализировать мелкие клеточные структуры, такие как небольшие проникающие артериолы, капилляры и отростки астроцитов в узком поле зрения в vivo (рис. 11d).

Рис. 11. Характеристики микроскопа: In vivo глубина в зависимости от мощности и формирование изображений Ca2 + от широкого до малого поля.

A ) Демонстрация зависимости глубины изображения от мощности. Микроваскуляризация заполнена FITC-декстраном. Четыре изображения суммирования максимальной интенсивности толщиной 50 мкм, снятые на разной глубине в неокортексе мыши с использованием линзы объектива Nikon 16X 0.8NA, от поверхности мозга до 950 мкм. B ) Полный набор трехмерных объемов с максимальной глубиной 960 мкм (с вычитанием фона). Слева показаны секции стека, показанные в A . Правая сторона показывает зависимость глубины изображения от средней мощности возбуждения на длине волны 780 нм. C ) Получение изображений Ca2 + с широким полем поля с помощью объектива Nikon 16X NA0.8. В астроциты была загружена масса Rhod-2 / AM. D ) Визуализация Ca2 + в близком поле. Показана одиночная проникающая артериола, капилляры (зеленые), конец стопы астроцитов и отростки (серые) с использованием линзы объектива Zeiss 40X NA1.0.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0110475.g011

Затем мы протестировали использование TIMAHC для зажима заплат с визуальным контролем. Для некогерентной коммутации в ближнем ИК-диапазоне использовались либо светодиод, либо система камеры (рис.12a) или клетки были нацелены на двухфотонный патч-зажим [31] (рис. 12b). Мы использовали стандартный внутренний раствор K-глюконата, содержащий 100 мкМ гидразида натрия Alexa 488 (Life Technologies, A-10436), используя ранее описанные методы [28]. Подстадийный PMT, который собирает передаваемый сигнал от ткани, использовался для облегчения двухфотонного управляемого исправления, позволяя визуализировать патч-пипетку и саму целевую клетку (рис. 12b). Это позволяет патч-зажим немеченой клетки или флуоресцирующей клетки без необходимости использования флуоресцентной молекулы в патч-пипетке (но показано здесь с красителем, чтобы продемонстрировать успешный патч; рис.12б справа). После того, как целая клетка, записи отдельных клеток и флуоресцентные исследования могут быть выполнены (рис. 12c).

Рис. 12. Характеристики микроскопа: патч-зажим с визуальным контролем.

A ) Светодиод в ближнем ИК-диапазоне и камера передают изображение четко изолированных срезов головного мозга неокортекса (слева) и гиппокампа (справа). B ) Переданное изображение ткани, созданное Ti: Sapph-лучом, полученное на подвесном ФЭУ. Патч-пипетка и клетки могут быть визуализированы (слева).Успешное исправление показано заливкой Alexa 488 (справа). C ) Цельноклеточный патч-зажим кортикального пирамидного нейрона (слева) и астроцита (справа), каждый из которых подвергается диализу стандартным внутренним раствором K-глюконата, содержащим 100 мкМ Alexa-488 (зеленый). Изображения отображаются в виде максимальной проекции для захвата клеток и патч-пипетки.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0110475.g012

Подстадийный ФЭУ предлагал несколько других преимуществ при стандартном захвате сигнала флуоресценции.Во-первых, небольшие синхронные флуктуации сигнала стали очевидными, когда мы сравнили флуоресценцию и передаваемую коллекцию (корреляция r = 0,89, стандартное отклонение зеленого излучения: 0,91 +/- 0,10, стандартное отклонение прошедшего излучения: 0,85 +/- 0,17, n = 5, рис. 13a– в). Этот коррелированный шум не был результатом электронного шума, потому что сигналы, генерируемые батареей 1,5 В, питающей каждый канал, не показали корреляции (r = -0,015 +/- 0,36, n = 3) и были близки к нулю SD, и, таким образом, вероятно, были результат небольших колебаний мощности возбуждения.Примечательно, что выбор соотношения зеленой флуоресценции и передаваемого сигнала может значительно снизить базовый шум (соотношение зеленый / транс: 0,35 +/- 0,07, n = 5, p = 0,002 по сравнению со стандартным отклонением зеленой флуоресценции, рис. 13c). Во-вторых, в изолированной ткани в течение более длительного периода времени мы заметили другую корреляцию, проявляющуюся в небольших волнах, возникающих как во флуоресценции (астроциты, нагруженные SR-101), так и в пропускании (рис. 13d, e). Чтобы исследовать эту более медленную взаимосвязь, мы объединили данные в интервале 5 с, чтобы удалить синхронный шум, наблюдаемый на частоте 1 Гц выше (рис.13а – в). После бинирования два канала все еще были сильно коррелированы (r = 0,86 +/- 0,06, n = 5, вставка на рис. 13f), и принятие соотношения уменьшило волнистость сигнала (SR-101 SD = 2,65 +/- 0,5, соотношение SR-101 / Trans SD = 1,73 +/- 0,5, p = 0,004, рис. 13f). Эти данные показывают, что передаваемый канал можно использовать для обнаружения небольших оптических изменений ткани, которые могут влиять на флуоресценцию. Это может помочь экспериментатору понять, является ли небольшое изменение, например, индикатора Ca2 + результатом изменения Ca2 + или результатом изменения оптических свойств ткани.В-третьих, визуализируя ткань через коэффициент пропускания, можно фиксировать грубые структуры, морфологию / площадь клеток или, как представлено здесь, изменения диаметра кровеносных сосудов (рис. 13g). Наконец, подэтапный PMT на TIMAHC может быть использован для изучения внутренних оптических сигналов от ткани, например, генерируемых увеличением синаптической активности [32] (рис. 13h) или патологических событий, таких как распространяющаяся депрессия [33] (рис. 13i).

Рис. 13. Характеристики микроскопа: переданный канал под сценой.

A ) Проходящее изображение (слева) и зеленая флуоресценция (справа) стандартного образца Convallaria . B ) Кривые, показывающие быстро коррелированный шум между зеленым и переданным каналом. Соотношение двух сигналов устраняет синхронный шум и снижает SD в сигнале. C ) Сводная гистограмма. На вставке показана корреляция между зеленым и передаваемым сигналом r = 0,89. D ) Кривые, показывающие медленные коррелированные колебания между красным (SR-101) и передаваемым каналом в изолированной ткани, полученные из области, показанной в E .Соотношение SR-101 / Trans в значительной степени устраняет волнистость и снижает SD для данных, объединенных в интервалы 5 с, обобщенные в F . На вставке показана корреляция между красным и переданным сигналом для данных с интервалом в 5 с (r = 0,97). G ) Передаваемые изображения небольшой артериолы до (слева) и после сужения сосудов (справа), вызванного агонистом тромбоксановых рецепторов U46619 (200 нМ). Внутренние оптические сигналы (IOS), захваченные подэтапным PMT в ответ на синаптическую активность ( H ) и волну распространяющейся депрессии (SD) ( I ).

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0110475.g013

Альтернативные сборки

TIMAHC можно легко адаптировать, расширить или упростить. Мы предоставляем четыре дополнительные модели, которые служат в качестве примеров модификаций TIMAHC: 1) сборка с расширенной настольной оптикой и кинематическим узлом, так что TIMAHC может принимать два лазерных луча; 2) уменьшенная сборка для в исследованиях vivo , не имеющая камеры ближнего ИК-диапазона или оптики под сценой; 3) включение быстрого затвора в узел детектора для блокировки ФЭУ во время экспериментов по комбинированной двухфотонной визуализации и фотостимуляции в видимом свете, когда флуорофор имеет перекрывающиеся спектры излучения со светом возбуждения и 4) построенный нами микроскоп. назовите IMEPS, что означает инфракрасный микроскоп для электрофизиологии и фотостимуляции.IMEPS не предназначен для двухфотонной флуоресцентной визуализации и, следовательно, не требует подключения к дорогостоящему Ti: Sapph лазеру. Однако можно получить переданное изображение ткани с помощью простого диодного лазера NIR (Thorlabs, деталь # CPS192), гальванометрических сканеров и ФЭУ под столиком. Гальванометрические сканеры также могут использоваться для выбора областей для фотоактивации с видимой лазерной линией, которая будет контролироваться заслонкой и / или ячейкой Поккеля. Кроме того, при замене ФЭУ над каскадом светодиодами станет возможным точечная фотостимуляция в центре поля зрения при различных размерах световых точек.Обратите внимание, что эти альтернативные сборки не были полностью протестированы, и подробные списки деталей и прайс-листы не предоставлены (модель S2).

Изображение и статистический анализ

Весь анализ изображений был выполнен с использованием программы обработки с открытым исходным кодом ImageJ. Статистический анализ, который включал t-тесты (парные и непарные в зависимости от ситуации), линейные регрессии и корреляции, проводился с использованием программного обеспечения Graphpad Prism 5.

Осторожно

TIMAHC представлен с открытым лучом, чтобы лучше показать конструкцию, но световой путь должен быть закрыт для повышения безопасности с помощью линз и пластиковых трубок (Thorlabs, детали # SM1L XX, SM2L XX и SC1L24, SC2L24) .Кроме того, хотя этот ресурс предназначен для того, чтобы облегчить неспециалисту пользователя в создании системы двухфотонной визуализации, необходимо подчеркнуть, что такое начинание является важным мероприятием. Пользователь несет ответственность за тестирование, устранение неполадок и исправление. Несмотря на то, что мы попытались дать четкие рекомендации в разделах по сборке и устранению неисправностей в дополнительной информации (Приложение S1), наши усилия в этом направлении не являются исчерпывающими.

Обсуждение

В нашей лаборатории TIMAHC зарекомендовал себя как надежный исследовательский инструмент по доступной цене.TIMAHC: 1) работает близко к теоретическому дифракционному пределу, 2) имеет отношение сигнал / шум, которое превышает три коммерческих двухфотонных микроскопа, 3) может получать изображения на глубине около 1 мм в мозгу мыши, 4) не ухудшается из-за хроматическая и сферическая аберрация или радиальное искажение, 5) возможность получения изображений в широком поле с использованием линз объектива с малым увеличением, но с высокой числовой апертурой, 6) улавливает устойчивые сигналы Ca2 + из клеточных и субклеточных компартментов и 7) легко адаптируется.

Одним из наиболее важных характеристик флуоресцентного микроскопа является отношение сигнал / шум.Мы протестировали это при трех различных мощностях возбуждения, сохраняя при этом постоянное максимальное значение серого в пикселях, чтобы обеспечить контраст между различными системами визуализации. TIMAHC продемонстрировал отличное соотношение сигнал / шум, однако в представленном сравнении важно уточнить, что были переменные, которые нельзя было поддерживать постоянными между различными двухфотонными системами, такими как модель линзы объектива, модель PMT (хотя Nikon A1 также имел ФЭУ из GaAsP), несколько оптических элементов и сложность пути возбуждения и сбора света.Тем не менее, сравнение номинальной стоимости полезно, поскольку приравнивание всех или большинства переменных между системами сводит на нет тест. Для TIMAHC был выбран общий дизайн и детали, которые представляли интерес для сравнения с готовыми коммерческими системами для измерения различий в производительности.

Несмотря на настраиваемую оптическую ось на TIMAHC, состоящую из стандартной сканирующей линзы и линзы трубки, которые входят в различные коммерческие линзы объективов, мы измерили разрешение, близкое к теоретическому пределу, обусловленному дифракцией света.Мы также обнаружили, что в системе не было обнаруживаемых хроматических и сферических аберраций или радиальных искажений, таких как подушкообразная или цилиндрическая деформация поля зрения. Отчасти это было ожидаемо, потому что большая часть характеристик изображения микроскопов зависит от числовой апертуры линзы объектива и поправок, сделанных в линзе объектива. Кроме того, сканирующая линза корректирует внеосевой свет, создаваемый сканирующими зеркалами, чтобы предотвратить деформацию плоскости фокуса. Линза для сканирования, выбранная для TIMAHC, была разработана для имплантации в пользовательские установки визуализации (Thorlabs, деталь № LSM04-BB).Коммерческие тубусные линзы обычно оптимизируют парфокальность (чтобы сохранить ту же плоскость изображения), когда они связаны с их коммерческими целями (см. Раздел «Соображения и ограничения»). Мы выбрали трубчатую линзу с длинным фокусным расстоянием, чтобы минимизировать системные артефакты, вызванные внеосевыми лучами, и потому, что более длинные фокусные расстояния увеличивают гибкость при добавлении оптики на световой путь.

TIMAHC визуализировал впечатляющую глубину 960 мкм в коре головного мозга мыши (p35). Этот тип ткани и возраст имеют константу длины рассеяния света приблизительно 100 мкм [16], а достигаемая глубина изображения близка к теоретическому пределу для этой длины волны (780 нм) [15].Таким образом, должна быть возможна даже более глубокая визуализация с использованием более длинных волн для изображения молекул красной флуоресценции, если мощность возбуждения не ограничивается [14]. Превосходное отношение сигнал / шум, геометрия пути собирающего света и использование объектива с малым увеличением, но с высокой числовой апертурой, вероятно, способствовали глубине изображения, близкой к 1 мм [16].

Конструктивная основа TIMAHC, в которой различные узлы скользят по основной оптической направляющей, обеспечивает большую гибкость в отношении максимальной высоты линзы объектива.Например, для в визуализации vivo критичным является только относительное положение между верхними кинематическими, сканирующими и детекторными узлами, а не их абсолютная высота над оптическим столом. Все три узла можно сдвинуть вверх или вниз по направляющей вместе, чтобы изменить распределение пространства z под объективом для различных экспериментальных приготовлений. Кроме того, подузел конденсатора может быть легко снят с направляющей, а предметный столик может быть либо отрегулирован по высоте, либо удалены аспекты.Таким образом, практически любая исследовательская подготовка может быть отображена за относительно короткий промежуток времени, например, кролики, кошки или даже обезьяны [34]. Даже подготовка бодрствующей мыши, когда животное выполняет бег на беговой дорожке [35], требует много места под линзой объектива. Нам неизвестен какой-либо коммерческий двухфотонный микроскоп, который мог бы сделать такие резкие изменения в геометрии, а также с относительной легкостью восстановить при визуализации образца vitro с использованием оптики под столиком.

Мы предоставляем четыре дополнительных 3D-модели САПР с подробным описанием возможных адаптаций к TIMAHC, но возможны и многие другие модификации. Во-первых, TIMAHC может быть адаптирован для визуализации генерации второй гармоники. В этом сценарии мы рекомендуем реконфигурировать подсборку настольной оптики и подсборку конденсатора, следуя деталям и протоколам, описанным в другом месте [36]. Во-вторых, лазеры на Ti: Sapph могут включать или дополнять параметрический оптический генератор для более длинных волн и, таким образом, более глубокого изображения тканей [14].Хотя TIMAHC может выполнять визуализацию с более длинной длиной волны, его электрооптический модулятор и оптика оптимизированы для вывода Ti: Sapph в диапазоне 700–1100 нм. Таким образом, если длины волн за пределами этого диапазона будут основным подходом, мы рекомендуем выбрать более подходящую ячейку Поккеля (например, серию кристаллов LTA от Conoptics), а также зеркала и линзы с покрытиями, которые оптимизируют отражательную способность и пропускание (серебро зеркала или покрытие Thorlabs C). Следует также убедиться, что интересующий объектив объектив был проверен на хорошее пропускание в расширенном диапазоне длин волн ближнего ИК-диапазона.В-третьих, TIMAHC может быть адаптирован для визуализации с помощью ультракоротких лазерных импульсов, так что широкая спектральная полоса пропускания может использоваться для одновременного возбуждения нескольких флуорофоров. Поскольку сверхкороткие импульсы очень склонны к дисперсии, необходимо приобрести зеркала с компенсацией дисперсии (Thorlabs, деталь № DCMP175) и монтажное оборудование, а также, возможно, приборы для измерения ширины импульса.

TIMAHC, состоящий из оптико-механических частей и обладающий открытой архитектурой, может использоваться в качестве обучающего инструмента для продвинутой микроскопии.Например, несколько студентов, работающих с инструктором, могут построить TIMAHC как семестровый курс. Сочетание сборки, тестирования, измерения и устранения неисправностей с тематическими лекциями может научить различным принципам работы с микроскопом. Это включает в себя, но не ограничивается: базовую оптику, источники света, оптический путь, сканирование, линзы объектива, обнаружение и многие другие детали о модальностях визуализации. Это будет экспериментальное обучение на высшем уровне.

Соображения и ограничения

Существует ряд вопросов для обсуждения, которые любой потенциальный человек должен рассмотреть перед использованием этого ресурса.Во-первых, TIMAHC включает в себя 5-миллиметровые сканирующие зеркала от Cambridge Tech, а с учетом расширения луча, обеспечиваемого сканирующей линзой и линзой (3,7x), максимальный диаметр луча на задней апертуре линзы объектива составляет 18,5 мм. Таким образом, TIMAHC оптимизирован для использования линз объектива с задней апертурой меньше этого диаметра. Если требуются больший или меньший максимальный диаметр луча или если требуются другие максимальные скорости сканирования, некоторые элементы могут быть изменены / модифицированы в узле сканирования. Во-первых, использование сканирующих зеркал большего размера позволит получить лучи большего диаметра, но снизит максимальную скорость сканирования.И наоборот, меньшие зеркала уменьшают максимальный диаметр луча, но позволяют более быстрое сканирование. Кроме того, две изготовленные на заказ детали в узле сканирования TIMAHC потребуют модификации, чтобы установить другое крепление для сканирующего зеркала, если сканирующие зеркала будут заменены. Изменение фокусного расстояния (а) и, следовательно, степени расширения сканирующей линзы и / или линзы трубки также может изменить диаметр луча. Обратите внимание, что соотношение расстояний между сканирующими зеркалами, сканирующей линзой, линзой трубки и задней апертурой объектива необходимо будет изменить в соответствии с новым фокусным расстоянием (ями) [7], [8], и, таким образом, расстояния в предоставленной дополнительной модели не будут дольше применяются.

В качестве альтернативы можно сохранить конфигурацию TIMAHC и знать о недостатках задних апертур, которые превышают 18,5 мм. Во-первых, объектив не будет иметь дифракционных ограничений [1], [8]. Это приемлемо, если интересует большее поле зрения, а не субмикронный масштаб. Например, мы обычно используем объектив Nikon 16X 0.8NA (задняя апертура 20 мм) для картирования микрососудов мозга и локализации пространственно распределенных сигналов Ca2 + в vivo с использованием выборки пикселей суб-Найквиста (1024 ² ).Фактически, выборка Найквиста с дифракционно ограниченной линзой с высокой числовой апертурой и малым увеличением требует очень высокой плотности пикселей и такого медленного получения кадра, что этот подход может оказаться непрактичным, особенно для гальванометрических сканеров. Во-вторых, объективы с большой задней апертурой могут привести к небольшой потере сигнала, поскольку мы используем 1-дюймовую собирающую линзу в качестве первой линзы в узле детектора после первичного дихроичного изображения. Это связано с тем, что испускаемая флуоресценция рассеянных небаллистических фотонов, выходящая из большой задней апертуры, может не попадать в 1-дюймовую коллекторную линзу [1], [24].Однако фиксированный короткий тракт сбора TIMAHC предназначен для минимизации потерь сигнала. Полученная глубина изображения (960 мкм) позволяет предположить, что 1-дюймовая коллекторная линза не является серьезным ограничением. Наконец, парфокальное расстояние между разными линзами объектива (например, между объективами с высокой числовой апертурой и совершенно разными увеличениями) может быть настолько значительным, что диапазон в 1 дюйм на ползунке z не может вместить использование обеих линз на заданной высоте предметного столика. Либо предметный столик для образца и высоту конденсора можно настроить и оптимизировать для конкретного объектива, либо можно добавить удлинительные кольца (Thorlabs, деталь # SM1L XX ) к более коротким объективам для выравнивания парфокального расстояния.

Для сканирующего оборудования TIMAHC мы рекомендуем определенные максимальные скорости двунаправленного сканирования при определенных коэффициентах масштабирования (или, скорее, определенных углах сканирования), чтобы не превышать возможности системы. Путем тестирования стабильной стабильности сканирования на различных скоростях мы обнаружили, что стабильное изображение достигается, если не превышаются следующие значения: масштабирование 1 при 2 мс / строка, масштабирование 1,3 при 1 мс / строка, масштабирование 3,5 при 0,5 мс / строка, масштабирование 10 при 0,25 мс / строка (данные не показаны). Все эти настройки удерживают силу тока, снимаемую с платы серво-сканирования, ниже нуля.75 А на канал, что позволяет избежать аномального сканирования.

Мы используем стандартный ахроматический трубчатый объектив с длинным фокусным расстоянием (200 мм) (Thorlabs, деталь № AC508-200-B). При использовании коммерческой линзы объектива, не предназначенной для линзы трубки, передаваемое изображение, генерируемое светодиодом под сценой, не будет парфокальным с изображением, генерируемым двумя фотонами. При использовании объектива с погружением в воду 40X 1.0NA от Zeiss мы обнаружили, что эти две плоскости изображения смещены друг от друга примерно на 150 микрон.Это легко преодолевается перемещением линзы объектива на это расстояние по оси Z при переключении с формирования изображения в проходящем свете светодиодов на двухфотонное изображение или наоборот. Важно отметить, что на TIMAHC используется обычная трубчатая линза, поэтому мы можем выбрать лучший коммерческий объектив, доступный для конкретной экспериментальной потребности, и не должны оставаться верными конкретному бренду.

Количество детекторов флуоресценции и соответствующей оптики / оборудования можно увеличить, но необходимо учитывать вес, накладываемый на ползунок z моторизации.Для большего количества каналов флуоресценции рекомендуется другая конструкция, в которой узел детектора крепится к главной оптической направляющей (при сохранении оптической оси), а не непосредственно к моторизации по оси z. Если добавить к сборке несколько детекторов флуоресценции последовательно, фокусные расстояния линз в узле детектора должны будут измениться, чтобы правильно сфокусировать излучаемую флуоресценцию на каждом ФЭУ [7].

При использовании этого ресурса необходимо учитывать соотношение затрат и времени.Хотя экономия затрат на TIMAHC может легко превысить 150 тысяч долларов США для сопоставимого двухфотонного микроскопа, для сборки и в некоторых случаях устранения неполадок требуется значительное время. Например, одному-двум опытным людям (непосредственно или технически подкованным) потребуется две-три недели, чтобы создать оптимизированную систему. При небольшом опыте на одного-двух человек может уйти пара месяцев. Кроме того, трудно предсказать, какие неисправности потребуются, что может затянуть процесс.Мы предоставили как можно больше потенциальных проблем и решений в дополнительном материале, чтобы ускорить процесс завершения (Приложение S1). Также необходимо учитывать время выполнения заказа на определенные части для TIMAHC. Ti: Sapph-лазер, флуоресцентная оптика и ФЭУ на основе GaAsP имеют самый длительный срок службы (до нескольких месяцев), но он сравним со сроком изготовления готовых коммерческих систем.

Дополнительная информация

Рисунок S1.

Приспособление для выравнивания монтажного узла детектора. Крупным планом узел детектора (ФЭУ и линза объектива сняты) и нижняя часть узла сканирования. Детали, окрашенные в синий цвет (CP02, ER6 x 2, LCP02), служат для облегчения выравнивания при установке. Чтобы добавить вспомогательное средство для выравнивания, необходимо снять линзу трубки со сканирующего узла. Нижняя часть пластины CP02 должна касаться верхней части первичного дихроичного куба так, чтобы задняя апертура линзы объектива находилась примерно на 200 мм от середины линзы трубки. Важно отметить, что это положение — это когда ползунок z опущен почти на всю длину (положение визуализации, а не когда линза объектива поднялась для загрузки ткани или подхода пипетки).Инструмент необходим для установки уровня узла детектора на оптической оси и под желаемым углом, чтобы создать пространство для доступа микроманипулятора к ванне для тканей.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0110475.s001

(TIF)

Модель S1.

Предоставляется трехмерная CAD-модель всего микроскопа, включая отдельные модели для каждой из подузлов, составляющих полную сборку. Можно визуализировать точное положение и ориентацию каждой части конструкции.Модели просматриваются в SolidWorks eDrawings (бесплатное программное обеспечение для загрузки в Интернете) или собственно SolidWorks.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0110475.s004

(ZIP)

Модель S2.

Четыре альтернативные сборки или модификации TIMAHC представлены в виде 3D-моделей САПР. К ним относятся 1) упрощенная модель только для в приложениях vivo , 2) модель, в которой TIMAHC может принимать два луча, например, для экспериментов по визуализации и стимуляции видимой линии, 3) альтернативный узел детектора с быстрым затвором для защиты ФЭУ во время фотоактивации в видимом свете и 4) вызов IMEPS для построения микроскопа, который не используется для флуоресцентной визуализации, а вместо этого используется для инфракрасной микроскопии в сочетании с электрофизиологией и фотостимуляцией.Каждая альтернативная сборка содержит полную модель, а также отдельные модели для каждой подсборки, содержащейся в полной сборке. Модели просматриваются в SolidWorks eDrawings (бесплатное программное обеспечение для загрузки в Интернете) или собственно SolidWorks.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0110475.s005

(ZIP)

Благодарности

Мы благодарим доктора Брайана Маквикара из Университета Британской Колумбии за поддержку первоначальной разработки TIMAHC в его лаборатории.Спасибо доктору Роджеру Томпсону за визуализацию, выполненную Николасом Вейлингером, за возможность сбора данных о соотношении сигнал-шум на многофотонном микроскопе Leica SP5 II. Спасибо Крейгу Бридо из лаборатории доктора Питера Стиса за помощь в сборе данных о соотношении сигнал-шум на многофотонном микроскопе Nikon A1. Спасибо доктору. Пине Коларуссо и Катаржине Стивенс за помощь в сборе данных о соотношении сигнал-шум на их многофотонной системе Olympus FV300. Мы также благодарим разработчиков и дистрибьюторов программного обеспечения ScanImage с открытым исходным кодом: лабораторию Карела Свободы в Janelia Farms и лабораторию Гордона Шеперда в Northwestern, а также предыдущих первоначальных разработчиков в Cold Spring Harbor Laboratories.Мы также благодарим Виджея Айера из Janelia Farms, ключевого разработчика и контактного лица по поводу программного обеспечения.

Вклад авторов

Задумал и спроектировал эксперименты: DR CT JL NZ GG. Проведены эксперименты: DR CT GG. Проанализированы данные: DR CT GG. Участвовал в написании рукописи: DR CT JL NZ GG.

Ссылки

1. 1. Helmchen F, Denk W (2005) Двухфотонная микроскопия глубоких тканей. Nat Методы 2: 932–940
2. 2. So PT, Dong CY, Masters BR, Berland KM (2000) Флуоресцентная микроскопия с двухфотонным возбуждением.Annu Rev Biomed Eng 2: 399–429
3. 3. Denk W, Strickler JH, Webb WW (1990) Двухфотонная лазерная сканирующая флуоресцентная микроскопия. Наука 248: 73–76.
4. 4. Soeller C, Cannell MB (1996) Создание двухфотонного микроскопа и оптимизация длительности импульса освещения. Арка Пфлюгерса 432: 555–561.
5. 5. Konig K, Simon U, Halbhuber KJ (1996) Трехмерная разрешенная двухфотонная флуоресцентная микроскопия живых клеток с использованием модифицированного конфокального лазерного сканирующего микроскопа.Cell Mol Biol (Noisy-le-grand) 42: 1181–1194.
6. 6. Майнен З.Ф., Малетик-Саватик М., Ши С.Х., Хаяши Ю., Малинов Р. и др. (1999) Двухфотонная визуализация срезов живого мозга. Методы 18: 231–9–181.
7. 7. Tsai PS, Nishimura N, Yoder EJ, White A, Dolnick E, et al. (2002) Принципы, дизайн и конструкция двухфотонного сканирующего микроскопа для исследований in vitro и in vivo. В «Методах оптической визуализации функции мозга in vivo», Фростиг Р. (2002). CRC Press.113–171.
8. 8. Zipfel WR, Williams RM, Webb WW (2003) Нелинейная магия: многофотонная микроскопия в биологических науках. Nat Biotechnol 21: 1369–1377
9. 9. Kim KH, Buehler C, So PT (1999) Высокоскоростной двухфотонный сканирующий микроскоп. Appl Opt 38: 6004–6009.
10. 10. Nguyen QT, Callamaras N, Hsieh C, Parker I (2001) Конструирование двухфотонного микроскопа для визуализации изображений Ca (2+) с видеокамерой. Cell Calcium 30: 383–393.
11. 11. Jiang R, Zhou Z, Lv X, Zeng S (2012) Широкополосные акустооптические дефлекторы для двухфотонного микроскопа с большим полем обзора.Редакция Sci Instrum 83: 043709
12. 12. Tan YP, Llano I, Hopt A, Wurriehausen F, Neher E (1999) Быстрое сканирование и эффективное фотодетектирование в простом двухфотонном микроскопе. J Neurosci Methods 92: 123–135.
13. 13. Дрисколл Дж. Д., Ши А. Ю., Айенгар С., Филд Дж. Дж., Уайт Г. А. и др. (2011) Подсчет фотонов, цензорные поправки и получение изображений за время жизни для улучшенного обнаружения в двухфотонной микроскопии. J Neurophysiol 105: 3106–3113
14. 14. Kobat D, Horton NG, Xu C (2011) Двухфотонная микроскопия in vivo до 1.Глубина 6 мм в коре головного мозга мыши. Дж. Биомед Опт 16: 106014
15. 15. Тир П., Хасан М.Т., Денк В. (2003) Двухфотонная визуализация на глубину 1000 микрометров в живом мозге с использованием регенеративного усилителя Ti: Al2O3. Opt Lett 28: 1022–1024.
16. 16. Oheim M, Beaurepaire E, Chaigneau E, Mertz J, Charpak S (2001) Двухфотонная микроскопия в ткани мозга: параметры, влияющие на глубину визуализации. J Neurosci Methods 111: 29–37.
17. 17. Николенко В., Юсте Р. (2013) Как построить двухфотонный микроскоп с конфокальной сканирующей головкой.Cold Spring Harb Protoc 2013.
18. 18. Diaspro A, Corosu M, Ramoino P, Robello M (1999) Адаптация компактной системы конфокального микроскопа к архитектуре визуализации флуоресценции с двухфотонным возбуждением. Microsc Res Tech 47: 196–205
19. 19. Wier WG, Balke CW, Michael JA, Mauban JR (2000) Пользовательский конфокальный и двухфотонный цифровой лазерный сканирующий микроскоп. Am J Physiol Heart Circ Physiol 278: h3150 – h3156.
20. 20. Majewska A, Yiu G, Yuste R (2000) Изготовленный на заказ двухфотонный микроскоп и система деконволюции.Арка Пфлюгерса 441: 398–408.
21. 21. Пологруто Т.А., Сабатини Б.Л., Свобода К. (2003) ScanImage: гибкое программное обеспечение для работы с лазерными сканирующими микроскопами. Биомед Рус Онлайн 2: 13
22. 22. Лангер Д., Ван’т Хофф М., Келлер А.Дж., Нагараджа К., Пфеффли О.А. и др. (2013) HelioScan: программная среда для управления настройками микроскопии in vivo с высокой аппаратной гибкостью, функциональным разнообразием и расширяемостью. J Neurosci Methods 215: 38–52
23. 23. Nguyen QT, Tsai PS, Kleinfeld D (2006) MPScope: универсальный программный пакет для многофотонной микроскопии.J Neurosci Methods.
24. 24. Beaurepaire E, Mertz J (2002) Коллекция эпифлуоресценции в двухфотонной микроскопии. Appl Opt 41: 5376–5382.
25. 25. Петтит Д.Л., Ван С.С., Джи К.Р., Августин Г.Дж. (1997) Химическое двухфотонное освобождение от каркаса: новый подход к картированию рецепторов глутамата. Нейрон 19: 465–471.
26. 26. Coscoy S, Waharte F, Gautreau A, Martin M, Louvard D и др. (2002) Молекулярный анализ микроскопической динамики эзрина с помощью двухфотонного FRAP.Proc Natl Acad Sci USA 99: 12813–12818
27. 27. Cole RW, Jinadasa T, Brown CM (2011) Измерение и интерпретация функций разброса точек для определения разрешения конфокального микроскопа и обеспечения контроля качества. Nat Protoc 6: 1929–1941
28. 28. Гордон GRJ, Иремонгер KJ, Кантевари С., Эллис-Дэвис GCR, MacVicar BA и др. (2009) Распределенная пластичность, опосредованная астроцитами, в глутаматных синапсах гипоталамуса. Нейрон 64: 391–403
29. 29. Тиан Л., Хайрес С.А., Мао Т., Хубер Д., Чиаппе М.Э. и др.(2009) Визуализация нейронной активности у червей, мух и мышей с улучшенными показателями кальция GCaMP. Нат Методы 6: 875–881
30. 30. Холтмаат А., Бонхёффер Т., Чоу Д.К., Чакоури Дж., Де Паола В. и др. (2009) Долгосрочная визуализация с высоким разрешением в неокортексе мыши через хроническое черепное окно. Nat Protoc 4: 1128–1144
31. 31. Китамура К., Джудкевитц Б., Кано М., Денк В., Хойссер М. (2008) Целевые записи с помощью патч-кламп и одноклеточная электропорация немеченых нейронов in vivo.Нат методы 5: 61–67
32. 32. MacVicar BA, Hochman D (1991) Визуализация синаптически вызванных внутренних оптических сигналов в срезах гиппокампа. J Neurosci 11: 1458–1469.
33. 33. Zhou N, Gordon GRJ, Feighan D, MacVicar BA (2010) Временное набухание, закисление и митохондриальная деполяризация происходят в нейронах, но не в астроцитах, во время распространяющейся депрессии. Cereb Cortex 20: 2614–2624
34. 34. Heider B, Nathanson JL, Isacoff EY, Callaway EM, Siegel RM (2010) Двухфотонная визуализация кальция в трансфицированных вирусами полосатых корковых нейронах поведения обезьяны.PLoS ONE 5: e13829
35. 35. Домбек Д.А., Хаббаз А.Н., Коллман Ф., Адельман Т.Л., Танк Д.В. (2007) Отображение крупномасштабной нейронной активности с клеточным разрешением у бодрствующих мобильных мышей. Нейрон 56: 43–57
36. 36. Chen X, Nadiarynkh O, Plotnikov S, Campagnola PJ (2012) Микроскопия генерации второй гармоники для количественного анализа фибриллярной структуры коллагена. Nat Protoc 7: 654–669

Сверхпроводящие однофотонные детекторы с нанопроволокой для квантовой информации

Сверхпроводящий однофотонный детектор с нанопроволокой (SNSPD) — это сверхпроводящий оптический детектор с квантовым пределом, основанный на эффекте разрыва куперовской пары одиночным фотоном, который демонстрирует более высокую эффективность обнаружения, более низкая скорость счета в темноте, более высокая скорость счета и более низкий временной джиттер по сравнению с таковыми у его аналогов.SNSPD широко применялись в квантовой обработке информации, включая квантовое распределение ключей и оптические квантовые вычисления. В этом обзоре мы представляем требования к детекторам одиночных фотонов на основе квантовой информации, а также принцип, ключевые показатели, последние проблемы с производительностью и другие проблемы, связанные с SNSPD. Также будут рассмотрены репрезентативные приложения SNSPD в отношении квантовой информации.

Ссылки

[1] Оннес Х. К. Дальнейшие эксперименты с жидким гелием.В. Об изменении электрического сопротивления чистых металлов при очень низких температурах и т. Д. IV. Устойчивость чистой ртути при гелиевых температурах, «in KNAW, Proceedings», 1911. Поиск в Google Scholar

[2] https://www.iter.org/ [доступ 14 февраля 2020 г.]. Поиск в Google Scholar

[3] https://scmaglev.jr-central-global.com/ [доступ 14 февраля 2020 г.]. Искать в Google Scholar

[4] K. r. Райнер, С. Ян-Хендрик, С. Хью и др., «СКВИДы в биомагнетизме: дорожная карта для улучшения здравоохранения», Supercond.Sci. and Technol., vol. 29, нет. 11, стр. 113001, 2016. Поиск в Google Scholar

[5] Р. Штольц, В. Закосаренко, М. Шульц и др., «Магнитная полнотензорная градиентометрическая система СКВИДа для геофизических приложений», Вед. Край, т. 25, нет. 2, pp. 178–180, 2006. Поиск в Google Scholar

[6] Дж. Бардин, Л. Н. Купер, Дж. Р. Шриффер, «Теория сверхпроводимости», Phys. Rev., т. 108, нет. 5, pp. 1175–1204, 1957. Искать в Google Scholar

[7] В последнем международном стандарте IEC 61788-22-1 (Сверхпроводимость — Часть 22-1: Сверхпроводящие электронные устройства — Общая спецификация для датчиков и детекторов) выпущен в июле 2017 года использовалась другая терминология этих SPD: TESPD, STJPD, MKIPD и SSPD.Для получения подробной информации, пожалуйста, посетите https://webstore.iec.ch/publication/26674 [Доступно 28 апреля 2020 г.]. Искать в Google Scholar

[8] А. Э. Лита, А. Дж. Миллер и С. В. Нам. # x201C; «Подсчет одиночных фотонов в ближней инфракрасной области с эффективностью 95%», Опт. Экспресс, т. 16, нет. 5. С. 3032–3040, 2008 г. https://doi.org/10.1364/Oe.16.003032. Искать в Google Scholar

[9] Д. Фукуда, Г. Фуджи, Т. Нумата и др., «Детектор с разрешением по количеству фотонов на границе перехода на основе титана с эффективностью обнаружения 98% и малозонным волокном с согласованным индексом муфта », Опт.Экспресс, т. 19, нет. 2, pp. 870–875, 2011. Поиск в Google Scholar

[10] A. Peacock, P. Verhoeve, N. Rando и др., «Детектирование одиночных оптических фотонов с помощью сверхпроводящего туннельного перехода», Nature, т. 381, нет. 6578, pp. 135–137, 1996. Поиск в Google Scholar

[11] П. К. Дэй, Х. Г. ЛеДюк, Б. А. Мазин, А. Вайонакис и Дж. Змуидзинас. «Широкополосный сверхпроводящий детектор, подходящий для использования в больших массивах», Nature, vol. 425, нет. 6960, pp. 817–821, 2003. Искать в Google Scholar

[12] J.Гао, М. Р. Виссерс, М. О. Сандберг и др., «Детектор счета фотонов с кинетической индуктивностью в ближней инфракрасной области с нитридом титана и его аномальная электродинамика», Appl. Phys. Lett., Vol. 101, нет. 14, стр. 142602, 2012. Поиск в Google Scholar

[13] Г. Н. Гольцман, О. Окунев, Г. Чулкова и др. Пикосекундный сверхпроводящий однофотонный оптический детектор // Прикл. Phys. Lett., Vol. 79, нет. 6, pp. 705–707, 2001. Поиск в Google Scholar

[14] Р. Тью, Т. Дженневейн и М. Сасаки, «Сосредоточьтесь на инициативах квантовой науки и технологий во всем мире», Quantum Sci.Technol., Т. 5, вып. 1, стр. 010201, 2019. Поиск в Google Scholar

[15] Т. М. Роберсон и А. Г. Уайт, «Картографирование квантового ландшафта Австралии», Quantum Sci. Technol., Т. 4, вып. 2, стр. 020505, 2019. Поиск в Google Scholar

[16] Б. Суссман, П. Коркум, А. Блейс, Д. Кори и А. Дамаселли, «Квантовая Канада», Quantum Sci. Technol., Т. 4, вып. 2, стр. 020503, 2019. Искать в Google Scholar

[17] Q. Zhang, F. Xu, L. Li, N.-L. Лю, Ж.-В. Пан, «Исследования квантовой информации в Китае», Quantum Sci.Technol., Т. 4, вып. 4, стр. 040503, 2019. Поиск в Google Scholar

[18] М. Ридель, М. Ковач, П. Золлер, Дж. Млинек и Т. Каларко, «Флагманская квантовая инициатива Европы», Quantum Sci. Technol., Т. 4, вып. 2, стр. 020501, 2019. Поиск в Google Scholar

[19] Ямамото Ямамото, М. Сасаки и Х. Такесуэ, «Квантовая информатика и технологии в Японии», Quantum Sci. Technol., Т. 4, вып. 2, стр. 020502, 2019. Искать в Google Scholar

[20] А.К. Федоров, А.В. Акимов, Дж.Д. Биамонте и др. «Квантовые технологии в России», Quantum Sci. Technol., Т. 4, вып. 4, стр. 040501, 2019. Поиск в Google Scholar

[21] П. Найт и И. Уолмсли, «Национальная программа квантовых технологий Великобритании», Quantum Sci. Technol., Т. 4, вып. 4, стр. 040502, 2019. Поиск в Google Scholar

[22] М. Г. Реймер и К. Монро, «Национальная квантовая инициатива США», Quantum Sci. Technol., Т. 4, вып. 2, стр. 020504, 2019. Искать в Google Scholar

[23] F. Flamini, N.Spagnolo, и F. Sciarrino, «Фотонная квантовая обработка информации: обзор», Rep. Prog. Phys., Т. 82, нет. 1, стр. 016001, 2019. Поиск в Google Scholar

[24] Р. Хэдфилд, «Однофотонные детекторы для приложений оптической квантовой информации», Nat. Фотоника, т. 3, вып. 12, pp. 696–705, 2009. Поиск в Google Scholar

[25] MD Eisaman, J. Fan, A. Migdall, and SV Polyakov, «Приглашенная обзорная статья: источники и детекторы одиночных фотонов», Rev. Sci . Instrum., Т. 82, нет.7, стр. 071101, 2011. Поиск в Google Scholar

[26] М.Э. Грейн, А.Дж. Керман, Э.А. Даулер и др., «Оптический приемник для демонстрации лунной лазерной связи на основе сверхпроводящих нанопроволок с подсчетом фотонов», Advanced Photon Counting Techniques IX , т. 9492, стр. 949208, 2015. Поиск в Google Scholar

[27] Л. Сюэ, З. Ли, Л. Чжан и др. «Лазерная локация спутника с использованием однофотонных детекторов на сверхпроводящей нанопроволоке на длине волны 1064 нм», Опт. Lett., Vol. 41, нет.16, pp. 3848–3851, 2016. Поиск в Google Scholar

[28] Х. Ли, С. Чен, Л. Ю и др. «Детектор одиночных фотонов из сверхпроводящих нанопроволок на длине волны 532 нм и демонстрация спутниковой лазерной локации. , ”Опт. Экспресс, т. 24, вып. 4, pp. 3535–3542, 2016. Поиск в Google Scholar

[29] И. Хольцман и Ю. Иври, «Сверхпроводящие нанопроволоки для однофотонного детектирования: прогресс, проблемы и возможности», Adv. Quantum Technol., 1800058, 2019. https://doi.org/10.1002/qute.201800058. Искать в Google Scholar

[30] E.А. Даулер, М. Е. Грейн, А. Дж. Керман и др., «Обзор вариантов конструкции системы однофотонного детектора на сверхпроводящей нанопроволоке и продемонстрированные характеристики», Опт. Англ., Т. 53, нет. 8, стр. 081907, 2014. https://doi.org/10.1117/1.OE.53.8.081907. Искать в Google Scholar

[31] К. М. Натараджан, М. Г. Таннер и Р. Х. Хэдфилд, «Детекторы одиночных фотонов на сверхпроводящих нанопроводах: физика и приложения», Supercond. Sci. Technol., Т. 25, нет. 6, стр. 063001, 2012. Искать в Google Scholar

[32] S.Феррари, К. Шак и В. Пернис, «Интегрированные в волновод сверхпроводящие детекторы одиночных фотонов с нанопроволокой», Нанофотоника, т. 7, вып. 11, стр. 1725, 2018. Искать в Google Scholar

[33] Р. Хэдфилд и Г. Йоханссон, Сверхпроводящие устройства в квантовой оптике, Springer, 2016. Искать в Google Scholar

[34] W.-H. Цзян, Ж.-Х. Лю, Ю. Лю, Дж. Цзинь, Дж. Чжан и Ж.-В. Пан, «Синусоидальный стробирующий детектор InGaAs / InP с частотой 1,25 ГГц с монолитно интегрированной считывающей схемой», Опт.Lett., Vol. 42, нет. 24, pp. 5090–5093, 2017. Поиск в Google Scholar

[35] М. А. Албота, Ф. Н. К. Вонг, «Эффективный счет одиночных фотонов на 1,55 мкм за счет преобразования частоты с повышением частоты», Опт. Lett., Vol. 29, нет. 13, pp. 1449–1451, 2004. Поиск в Google Scholar

[36] Г. Л. Шенту, Дж. С. Пелц, X. Д. Ван и др. «Детектор и спектрометр с повышающим преобразованием со сверхнизким шумом для телекоммуникационного диапазона», Опт. Экспресс, т. 21, нет. 12, pp. 13986–13991, 2013. Искать в Google Scholar

[37] W.Чжан, К. Цзя, Л. Ю и др., «Насыщение собственной эффективности детектирования сверхпроводящих однофотонных детекторов на основе нанопроволоки с помощью инженерии дефектов», Phys. Rev. Appl., Vol. 12, вып. 4, стр. 044040, 2019. Поиск в Google Scholar

[38] В. Чжан, Л. Ю, Х. Ли и др. «Детектор одиночных фотонов на основе сверхпроводящих нанопроволок NbN с эффективностью более 90% на длине волны 1550 нм, работающий при температуре компактного криохладителя. , ”Sci. China Phys. Мех., Т. 60, нет. 12, стр. 120314, 2017. Искать в Google Scholar

[39] F.Марсили, В. Б. Верма, Дж. А. Стерн и др. «Обнаружение одиночных инфракрасных фотонов с эффективностью системы 93%», Nat. Фотоника, т. 7, вып. 3, pp. 210–214, 2013. Искать в Google Scholar

[40] В.Б. Верма, Б. Корж, Ф. Бюссьер и др. «Высокоэффективные сверхпроводящие детекторы одиночных фотонов на нанопроволоке, изготовленные из тонких пленок MoSi. , ”Опт. Экспресс, т. 23, нет. 26, pp. 33792–33801, 2015. Поиск в Google Scholar

[41] Д. В. Редди, А. Э. Лита, С. В. Нам, Р. П. Мирин и В. Б. Верма.Достижение 98% эффективности системы на длине волны 1550 нм в сверхпроводящих детекторах одиночных фотонов с нанопроволокой. Конференция по когерентности и квантовой оптике. Оптическое общество Америки, 2019 г. Поиск в Google Scholar

[42] Г. С. Вернам, «Системы телеграфной печати для секретной проводной и радиотелеграфной связи», Пер. Являюсь. Inst. Электр. Eng., XLV, pp. 295–301, 1926. Поиск в Google Scholar

[43] К. Э. Шеннон, «Коммуникационная теория секретных систем», Bell Syst. Tech. J., т.28, вып. 4, 656–715, 1949. Поиск в Google Scholar

[44] К. Х. Беннетт и Г. Брассард, «Квантовая криптография: распределение открытых ключей и подбрасывание монет», Theor. Comput. Sci., Т. 560, нет. 12, pp. 7–11, 2014. Искать в Google Scholar

[45] W.-Y. Хван, «Квантовое распределение ключей с высокими потерями: к глобальной безопасной связи», Phys. Rev. Lett., Vol. 91, нет. 5, стр. 057901, 2003. Искать в Google Scholar

[46] Х.-К. Ло, X. Ма, и К. Чен, «Распределение квантового ключа состояния приманки», Phys.Rev. Lett., Vol. 94, нет. 23, стр. 230504, 2005. Искать в Google Scholar

[47] X.-B. Ван, «Преодоление атаки расщепления числа фотонов в практической квантовой криптографии», Phys. Rev. Lett., Vol. 94, нет. 23, стр. 230503, 2005. Искать в Google Scholar

[48] Х.-К. Ло, М. Курти и Б. Ци, «Квантовое распределение ключей, не зависящее от измерительного устройства», Phys. Rev. Lett., Vol. 108, нет. 13, стр. 130503, 2012. Поиск в Google Scholar

[49] М. Лукамарини, З. Л. Юань, Дж. Ф. Дайнс и А.Дж. Шилдс, «Преодоление предела скорости и расстояния квантового распределения ключей без квантовых повторителей», Nature, vol. 557, нет. 7705, pp. 400–403, 2018. Поиск в Google Scholar

[50] Н. Гисин, Г. Риборди, В. Титтель, Х. Збинден, «Квантовая криптография», Rev. Mod. Phys., Т. 74, нет. 1, pp. 145–195, 2002. Поиск в Google Scholar

[51] F. Xu, X. Ma, Q. Zhang, H.-K. Ло и Ж.-В. Пан, «Безопасное квантовое распределение ключей с реалистичным устройством», Rev. Mod. Phys., Т. 92, нет. 2, стр.025002, 2020. Поиск в Google Scholar

[52] Ф. Аруте, К. Арья, Р. Баббуш и др., «Квантовое превосходство с использованием программируемого сверхпроводящего процессора», Nature, vol. 574, нет. 7779, pp. 505–510, 2019. Поиск в Google Scholar

[53] Дж. Прескилл, «Квантовые вычисления в эпоху NISQ и за ее пределами», Quantum, vol. 2, стр. 79, 2018. Поиск в Google Scholar

[54] К. Д. Брузевич, Дж. Чиаверини, Р. МакКоннелл и Дж. М. Сейдж, «Квантовые вычисления с захваченными ионами: прогресс и проблемы», Прил.Phys. Rev., т. 6, вып. 2, стр. 021314, 2019. Поиск в Google Scholar

[55] Дж. Йонеда, К. Такеда, Т. Оцука и др. «Спиновый кубит с квантовыми точками с когерентностью, ограниченной зарядовым шумом и точностью выше 99,9%», Nat. Nanotechnol., Т. 13, вып. 2, pp. 102–106, 2018. Поиск в Google Scholar

[56] П. Михлер, Квантовые точки для квантовых информационных технологий, Springer, 2017. Поиск в Google Scholar

[57] Т. Синь, Б.- ИКС. Ван, К.-Р. Ли и др., «Ядерный магнитный резонанс для квантовых вычислений: методы и последние достижения», Chin.14-мерное гильбертово пространство // УФН. Rev. Lett., Vol. 123, нет. 25, стр. 250503, 2019. Поиск в Google Scholar

[61] А. М. Кадин и М. В. Джонсон, «Неравновесная горячая точка, индуцированная фотонами: новый механизм фотодетектирования в ультратонких металлических пленках», Прикл. Phys. Lett., Vol. 69, нет. 25, pp. 3938–3940, 1996. Поиск в Google Scholar

[62] RH Hadfield, JL Habif, J. Schlafer, RE Schwall и SW Nam, «Квантовое распределение ключей на 1550 нм с двойными сверхпроводящими однофотонными детекторами. , ”Прил.Phys. Lett., Vol. 89, нет. 24, стр. 241129, 2006. Поиск в Google Scholar

[63] Л. К. Шалм, Э. Мейер-Скотт, Б. Г. Кристенсен и др. «Сильная проверка локального реализма на отсутствие лазеек», Phys. Rev. Lett., Vol. 115, нет. 25, стр. 250402, 2015. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.115.250402. Искать в Google Scholar

[64] X.-T. Фанг, П. Цзэн, Х. Лю и др., «Реализация квантового распределения ключей, превосходящая линейную границу скорости передачи», Nat. Фотоника, 2020 https://doi.org/10.1038 / s41566-020-0599-8. Искать в Google Scholar

[65] J.-P. Chen, C. Zhang, Y. Liu и др., «Отправка или не отправка с помощью независимых лазеров: безопасное распределение квантового ключа двойного поля на 509 км», Phys. Rev. Lett., Vol. 124, вып. 7, стр. 070501, 2020. Поиск в Google Scholar

[66] А. Дж. Керман, Дж. К. В. Янг, Р. Дж. Мольнар, Э. А. Даулер и К. К. Берггрен, «Электротермическая обратная связь в сверхпроводящих детекторах однофотонных нанопроволок», Phys. Ред. B, т. 79, нет. 10, стр. 100509 (R), 2009.Искать в Google Scholar

[67] А. Энгель, Дж. Дж. Ренема, К. Ильин, А. Семенов, «Механизм обнаружения однофотонных детекторов из сверхпроводящих нанопроволок», Supercond. Sci. Technol., Т. 28, вып. 11, стр. 114003, 2015. Поиск в Google Scholar

[68] Д. Ю. Водолазов, «Детектирование одиночных фотонов грязной сверхпроводящей полоской с током на основе подхода кинетических уравнений», Phys. Rev. Appl., Vol. 7, вып. 3, стр. 034014, 2017. Искать в Google Scholar

[69] М. Белл, А.Антипов, Б. Карасик, А. Сергеев, В. Митин, А. Веревкин, «Детектирование с разрешением по числу фотонов с последовательно соединенными нанопроводами», IEEE Trans. Прил. Supercond., Т. 17, нет. 2, pp. 289–292, 2007. Поиск в Google Scholar

[70] HL Hortensius, EFC Driessen, TM Klapwijk, KK Berggren и JR Clem, «Снижение критического тока в тонких сверхпроводящих проводах из-за скопления тока», Прил. Phys. Lett., Vol. 100, нет. 18, стр. 182602, 2012. Искать в Google Scholar

[71] J.Р. Клем и К. К. Берггрен, «Критические токи, зависящие от геометрии в сверхпроводящих наноцепях», Phys. Ред. B, т. 84, нет. 17, pp. 174510, 2011. Искать в Google Scholar

[72] С. Мики, М. Такеда, М. Фудзивара, М. Сасаки и З. Ван, «Компактный сверхпроводящий детектор однофотонных нанопроволок с оптическим резонатор для многоканальной системы », Опт. Экспресс, т. 17, нет. 26, pp. 23557–23564, 2009. Поиск в Google Scholar

[73] W. H. P. Pernice, C. Schuck, O. Minaeva, et al., «Высокоскоростные и высокоэффективные детекторы одиночных фотонов бегущей волны, встроенные в нанофотонные схемы», Нац. Commun., Т. 3, стр. 1325, 2012. Поиск в Google Scholar

[74] X. Hou, N. Yao, L. You, et al., «Сверхширокополосный сверхпроводящий однофотонный детектор на основе микроволокон», Опт. Экспресс, т. 27, нет. 18, pp. 25241–25250, 2019. Искать в Google Scholar

[75] L. You, J. Wu, Y. Xu, et al., «Микроволоконный сверхпроводящий нанопроволочный однофотонный детектор для длин волн ближнего инфракрасного диапазона. , ”Опт.Экспресс, т. 25, нет. 25, pp. 31221–31229, 2017. Поиск в Google Scholar

[76] AJ Miller, AE Lita, B. Calkins, I. Vayshenker, SM Gruber, SW Nam, «Компактное криогенное самоустанавливающееся волокно — связь детектора с потерями менее одного процента », Опт. Экспресс, т. 19, нет. 10, pp. 9102–9110, 2011. Искать в Google Scholar

[77] К. М. Росфьорд, Дж. К. В. Янг, Е. А. Даулер и др. «Однофотонный детектор на основе нанопроволоки со встроенным оптическим резонатором и просветляющим покрытием», Опт.Экспресс, т. 14, мес. 2, pp. 527–534, 2006. Поиск в Google Scholar

[78] С. Мики, Т. Ямасита, Х. Тераи и З. Ван, «Высокоэффективные сверхпроводящие нанопроволочные детекторы одиночных фотонов на основе волокна NbTiN с Gifford -Криоохладитель McMahon », Опт. Экспресс, т. 21, нет. 8, pp. 10208–10214, 2013. Поиск в Google Scholar

[79] В. Б. Верма, Ф. Марсили, С. Харрингтон, А. Э. Лита, Р. П. Мирин, С. В. Нам, «Трехмерный, поляризационно-нечувствительный сверхпроводящий материал. нанопроволочный лавинный фотоприемник // Прикл.Phys. Lett., Vol. 101, нет. 25, стр. 251114, 2012. Поиск в Google Scholar

[80] Л. Ю, Х. Ли, У. Чжан и др. «Детектор однофотонных сигналов из сверхпроводящих нанопроволок на диэлектрических оптических пленках для видимого и ближнего инфракрасного диапазонов», Supercond. Sci. Technol., Т. 30, нет. 8, стр. 084008, 2017. Поиск в Google Scholar

[81] И. Эсмаил Заде, JWN Los, RBM Gourgues и др. «Однофотонные детекторы, сочетающие высокую эффективность, высокую скорость обнаружения и сверхвысокое временное разрешение», APL Фотоника, т.2, вып. 11, стр. 111301, 2017. Поиск в Google Scholar

[82] Т. Герритс, А. Мигдалл, Дж. К. Бьенфанг и др. «Калибровка детекторов одиночных фотонов в свободном пространстве и с волоконной связью», Metrologia, vol. 57, нет. 1, стр. 015002, 2019. Искать в Google Scholar

[83] С. Константин, В. Юрий, Д. Александер, А. Андрей, Г. Грегори, «Зависимость скорости темнового счета в сверхпроводящих детекторах одиночных фотонов от фильтрующего эффекта стандартные одномодовые оптические волокна », Прил. Phys. Экспресс, т.8, вып. 2, стр. 022501, 2015. Поиск в Google Scholar

[84] Х. Шибата, К. Фукао, Н. Кириган, С. Каримото и Х. Ямамото, «SNSPD с предельно низкой системной скоростью темнового счета с использованием различных холодных фильтров», IEEE Пер. Прил. Supercond., Т. 27, нет. 4, стр. 2200504, 2017. Поиск в Google Scholar

[85] Ч. Чжан, В. Чжан, Л. Ю и др., «Подавление темнового подсчета однофотонного детектора из сверхпроводящих нанопроволок с многомодовым волокном», IEEE Photonics J ., т. 11, вып. 5, стр. 7103008, 2019.Искать в Google Scholar

[86] X. Y. Yang, H. Li, W. J. Zhang и др., «Детектор одиночных фотонов на сверхпроводящей нанопроволоке со встроенным полосовым фильтром», Опт. Экспресс, т. 22, нет. 13, pp. 16267–16272, 2014. Поиск в Google Scholar

[87] WJ Zhang, XY Yang, H. Li, et al., «Волоконно-связанные сверхпроводящие нанопроволочные детекторы одиночных фотонов, интегрированные с полосовым фильтром на торец волокна ”Supercon. Sci. Technol., Т. 31, нет. 3, стр. 035012, 2018. Искать в Google Scholar

[88] N.Каландри, Q.-Y. Чжао, Д. Чжу, А. Дейн и К. Берггрен, «Джиттер детектора из сверхпроводящих нанопроволок, ограниченный геометрией детектора», Прил. Phys. Lett., Vol. 109, нет. 15, стр. 152601, 2016. Искать в Google Scholar

[89] М. Сидорова, А. Семенов, Х.-В. Хюберс и др., «Физические механизмы временного джиттера при детектировании фотонов токонесущими сверхпроводящими нанопроводами», Phys. Ред. B, т. 96, нет. 18, стр. 184504, 2017. Поиск в Google Scholar

[90] Я. Ченг, К. Гу и Х. Ху, «Джиттер синхронизации, вызванный неоднородностью сверхпроводящих нанопроволочных однофотонных детекторов», Прил.Phys. Lett., Vol. 111, нет. 6, стр. 062604, 2017. Поиск в Google Scholar

[91] L. You, X. Yang, Y. He, et al., «Анализ джиттера однофотонного детектора на сверхпроводящей нанопроволоке», Aip Adv, vol. 3, вып. 7, стр. 072135, 2013. Поиск в Google Scholar

[92] Д. Чжу, М. Коланджело, Б. А. Корж и др. «Однофотонный детектор на сверхпроводящей нанопроволоке со встроенным конусом согласования импеданса», Прил. Phys. Lett., Vol. 114, нет. 4, стр. 042601, 2019. Искать в Google Scholar

[93] Модель SPC-150NXX от Becker & Hickl GmbH.https://www.becker-hickl.com/products/spc-150nxx/ [по состоянию на 14 февраля 2020 г.]. Поиск в Google Scholar

[94] Дж. Ву, Л. Ю, С. Чен и др., «Улучшение временного джиттера системы однофотонного детектирования на сверхпроводящей нанопроволоке», Прил. Опт., Т. 56, нет. 8, pp. 2195–2200, 2017. Искать в Google Scholar

[95] Корж Б., Q.-Y. Чжао, Дж. П. Аллмарас и др., «Демонстрация временного разрешения менее 3 пс с однофотонным детектором на сверхпроводящей нанопроволоке», Nat. Фотоника, т.14, вып. 4. С. 250–255, 2020. https://doi.org/10.1038/s41566-020-0589-x. Искать в Google Scholar

[96] Ф. Марсили, М. Дж. Стивенс, А. Козорезов и др. «Динамика релаксации горячих точек в сверхпроводнике с током», Phys. Ред. B, т. 93, нет. 9, стр. 094518, 2016. Поиск в Google Scholar

[97] Л. Чжан, Л. Ю, X. Янг и др. «Время релаксации горячих точек однофотонных детекторов на основе сверхпроводящих нанопроволок NbN на различных подложках», Sci. Rep., Т. 8, вып. 1, стр. 1486, 2018.Искать в Google Scholar

[98] Э. Воллман, В. Б. Верма, А. Э. Лита и др. «Килопиксельная матрица однофотонных детекторов из сверхпроводящих нанопроволок», Опт. Экспресс, т. 27, нет. 24, pp. 35279–35289, 2019. Искать в Google Scholar

[99] W. Zhang, J. Huang, C. Zhang, et al., «16-пиксельная матрица однофотонных детекторов из сверхпроводящих нанопроволок с чередованием максимальная скорость счета более 1,5 ГГц », IEEE Trans. Прил. Supercond., Т. 29, нет. 5, стр. 2200204, 2019. Искать в Google Scholar

[100] S.Мики, М. Ябуно, Т. Ямашита и Х. Тераи, «Стабильная, высокопроизводительная работа лавинного детектора фотонов из сверхпроводящей нанопроволоки с волоконной связью», Опт. Экспресс, т. 25, нет. 6, pp. 6796–6804, 2017. Поиск в Google Scholar

[101] М. Эйрнэс, Р. Кристиано, О. Куаранта и др. «Детектор одиночных фотонов на основе каскадного переключения сверхпроводников», Прил. Phys. Lett., Vol. 91, нет. 26, стр. 262509, 2007. Поиск в Google Scholar

[102] C. Lv, W. Zhang, L. You и др., «Повышение максимальной скорости счета однофотонного детектора на сверхпроводящей нанопроволоке с небольшой активной площадью с использованием последовательного аттенюатора», Aip Adv, т.8, вып. 10, стр. 105018, 2018. Поиск в Google Scholar

[103] Ф. Марсили, Ф. Беллей, Ф. Наджафи и др. «Эффективное обнаружение одиночных фотонов с длиной волны от 500 нм до 5 мкм», Nano Lett., Vol. 12, вып. 9, pp. 4799–4804, 2012. Поиск в Google Scholar

[104] EE Wollman, VB Verma, AD Beyer, et al., «УФ сверхпроводящие детекторы однофотонных нанопроволок с высокой эффективностью, низким уровнем шума и 4 K рабочая температура », Опт. Экспресс, т. 25, нет. 22, стр. 26792, 2017. Искать в Google Scholar

[105] D.Х. Слихтер, В. Б. Верма, Д. Лейбфрид, Р. П. Мирин, С. В. Нам и Д. Дж. Вайнленд, «УФ-чувствительные сверхпроводящие детекторы одиночных фотонов на основе нанопроволоки для интеграции в ионную ловушку», Опт. Экспресс, т. 25, нет. 8, pp. 8705–8720, 2017. Искать в Google Scholar

[106] Х. Чжоу, Ю. Пан, Л. Ю и др. «Детектор одиночных фотонов на сверхпроводящей нанопроволоке с эффективностью более 60% для 2 мкм. -длина волны ”, IEEE Photonics J., vol. 11, вып. 6, стр. 6804107, 2019. Искать в Google Scholar

[107] H.Ли, Х. Ван, Л. Ю и др., «Многоспектральный сверхпроводящий нанопроволочный детектор одиночных фотонов», Опт. Экспресс, т. 27, нет. 4, pp. 4727–4733, 2019. Поиск в Google Scholar

[108] Х. Ли, Й. Ван, Л. Ю и др. «Однофотонный детектор суперконтинуума с использованием многослойных сверхпроводящих нанопроволок», Photonics Res. , т. 7, вып. 12, pp. 1425–1431, 2019. Искать в Google Scholar

[109] Л. Редаелли, Г. Булгарини, С. Добровольский и др. «Разработка широкополосных высокоэффективных детекторов одиночных фотонов на сверхпроводящих нанопроводах». Сверхсекунда.Sci. Technol., Т. 29, нет. 6, стр. 065016, 2016. Поиск в Google Scholar

[110] К. Кахалл, К. Л. Николич, Н. Т. Ислам и др., «Многофотонное обнаружение с использованием обычного однофотонного детектора на сверхпроводящей нанопроволоке», Optica, vol. 4, вып. 12, pp. 1534–1535, 2017. Поиск в Google Scholar

[111] А. Дивочий, Ф. Марсили, Д. Битаулд и др. «Детектор с разрешением числа фотонов на сверхпроводящих нанопроводах на длинах волн телекоммуникаций», Nat. . Фотоника, т. 2, вып. 5. С. 302–306, 2008.Искать в Google Scholar

[112] С. Джаханмиринеджад и А. Фиоре, «Предложение по сверхпроводящему детектору с разрешением числа фотонов с большим динамическим диапазоном» Опт. Экспресс, т. 20, нет. 5, стр. 12, 2012. Поиск в Google Scholar

[113] Ф. Маттиоли, З. Чжоу, А. Гаггеро, Р. Гаудио, Р. Леони и А. Фиоре, «Подсчет фотонов и аналоговые операции 24-пиксельного фотона. числовой детектор на основе сверхпроводящих нанопроволок // Опт. Экспресс, т. 24, вып. 8, pp. 9067–9076, 2016. Искать в Google Scholar

[114] J.Хуанг, У. Дж. Чжан, Л. X. Ю и др., «Детектор однофотонных спиральных сверхпроводящих нанопроволок с эффективностью более 50% на длине волны 1550 нм», Supercond. Sci. Технология, т. 30, нет. 7, стр. 074004, 2017. Поиск в Google Scholar

[115] С. Н. Доренбос, Э. М. Рейгер, Н. Акопян и др. «Сверхпроводящие детекторы одиночных фотонов с минимизированной поляризационной зависимостью», Прил. Phys. Lett., Vol. 93, нет. 16, стр. 161102, 2008. Поиск в Google Scholar

[116] X. Chi, K. Zou, C. Gu, et al., “Фрактальные сверхпроводящие детекторы однофотонных нанопроволок с пониженной поляризационной чувствительностью”, Опт. Lett., Vol. 43, нет. 20, pp. 5017–5020, 2018. Поиск в Google Scholar

[117] Ф. Чжэн, X. Тао, М. Ян и др. «Разработка эффективных сверхпроводящих детекторов одиночных фотонов на нанопроволоке с высокой поляризационной чувствительностью для поляриметрических исследований. визуализация », J. Opt. Soc. Являюсь. Б., т. 33, № 11, стр. 2256–2264, 2016 г. Поиск в Google Scholar

[118] К. Го, Х. Ли, Л. Ю и др. «Детектор одиночных фотонов с высокой поляризационной чувствительностью», Науч. .Rep., Т. 5, стр. 9616, 2015. Поиск в Google Scholar

[119] М. Чете, А. Сенес, Д. Мараци, Б. Банхейи, Т. Чендес и С. Габор, «Детекторы одиночных фотонов, интегрированные в плазмонную структуру, оптимизированы для максимальной поляризации. контраст », IEEE Photonics, vol. 9, вып. 2, pp. 1–11, 2017. Искать в Google Scholar

[120] Р. Сюй, Й. Ли, Ф. Чжэн и др. «Демонстрация однофотонного детектора на сверхпроводящей нанопроволоке со сверхвысоким коэффициентом затухания поляризации. более 400 », Опт.Экспресс, т. 26, вып. 4, pp. 3947–3955, 2018. Поиск в Google Scholar

[121] AJ Annunziata, O. Quaranta, DF Santavicca, et al., «Динамика сброса и фиксация однофотонных детекторов на основе ниобиевых сверхпроводящих нанопроволок», J. Опт. Soc. Являюсь. Б., т. 108, нет. 8, 2010. Поиск в Google Scholar

[122] Р. Гург, Дж. У. Н. Лос, Дж. Зичи и др. «Детекторы одиночных фотонов на сверхпроводящих нанопроволоках, работающие при температуре от 4 до 7 К», Опт. Экспресс, т. 27, нет. 17. С. 24601–24609, 2019.Искать в Google Scholar

[123] С. Н. Доренбос, П. Форн-Диас, Т. Фьюз и др. «Малозонные сверхпроводящие детекторы одиночных фотонов для чувствительности к инфракрасному излучению», Appl. Phys. Lett., Vol. 98, нет. 25, стр. 251102, 2011. Поиск в Google Scholar

[124] В. Б. Верма, А. Э. Лита, М. Р. Виссерс и др. «Детекторы одиночных фотонов на сверхпроводящей нанопроволоке, изготовленные из аморфной тонкой пленки Mo0.75Ge0.25», Прил. Phys. Lett., Vol. 105, нет. 2, стр. 022602, 2014. Искать в Google Scholar

[125] Y.Корнеева, И. Флоя, С. Вдовичев и др. «Сравнение образования горячих пятен в тонких сверхпроводящих пленках NbN и Mon после поглощения фотонов», IEEE Trans. Прил. Supercond., Т. 27, нет. 4, стр. 2201504, 2017. Поиск в Google Scholar

[126] А. Энгель, А. Эшбахер, К. Индербицин и др. «Нитрид тантала сверхпроводящие однофотонные детекторы с низкой энергией отсечки», Прил. Phys. Lett., Vol. 100, нет. 6, стр. 062601, 2012. Искать в Google Scholar

[127] С. Чередниченко, Н.Ачарья, Е. Новоселов, В. Дракинский. Сверхпроводящие детекторы фотонов с низкой кинетической индуктивностью $ MgB_ {2} $ со временем релаксации 100 пикосекунд, препринт arXiv arXiv: 1911.01480, 2019. Поиск в Google Scholar

[128] Х. Шибата, Т. Акадзаки и Ю. Токура, «Изготовление однофотонного детектора на основе нанопроволоки MgB $ _ {2} $ со структурой меандра», Прикл. Phys. Lett., Vol. 6, вып. 2, стр. 023101, 2013. Поиск в Google Scholar

[129] Р. Арпайя, Д. Голубев, Р. Багдади и др., «Транспортные свойства ультратонкого $ {\ mathrm {YBa}} _ {2} {\ mathrm {Cu}} _ {3} {\ mathrm {O}} _ {7 \ suremath {-} \ suremath {\ delta} } $ нанопроволоки: путь к однофотонному детектированию // Физ. мезомех. Ред. B, т. 96, нет. 6, стр. 064525, 2017. Поиск в Google Scholar

[130] М. Эйрнэс, Л. Парлато, Р. Арпайя и др., «Наблюдение темных импульсов на нанополосках YBCO толщиной 10 нм, представляющих гистерезисные вольт-амперные характеристики», Supercond. Sci. Technol., Т. 30, нет. 12, стр. 12lt02, 2017. Искать в Google Scholar

[131] R.Гербальдо, Ф. Лавиано, Г. Гиго и др. «Наноструктурирование тонких пленок YBCO пучком тяжелых ионов для локального магнитного поля и обнаружения инфракрасных фотонов», Nucl. Instrum. Методы Phys. Res, vol. 272, pp. 291–295, 2012. Поиск в Google Scholar

[132] Корнеева Ю.П., Водолазов Д.Ю., Семенов А.В. и др. Оптическое обнаружение однофотонов в NbN-мостах микрометрового масштаба // Физ. Rev. Appl, vol. 9, вып. 6, стр. 064037, 2018. Искать в Google Scholar

[133] Самый популярный — RDK-101D от SHI Cryogenics Group.http://www.shicryogenics.com/products/4k-cryocoolers/rdk-101d-4k-cryocooler-series/. Поиск в Google Scholar

[134] Например, 2-ступенчатый криокулер GM плюс 3-я ступень холодильника с сорбцией He4, см. Http://www.chasecryogenics.com/ или http://www.photonspot.com/cryogenics #sorptionfridges [доступ 14 февраля 2020 г.]. Искать в Google Scholar

[135] L. You, J. Quan, Y. Wang и др., «Система обнаружения одиночных фотонов на сверхпроводящих нанопроводах для космических приложений», Опт. Экспресс, т.26, вып. 3, pp. 2965–2971, 2018. Поиск в Google Scholar

[136] Н. Р. Геммелл, М. Хиллс, Т. Брэдшоу и др. «Миниатюрная 4-килобайтная платформа для сверхпроводящих инфракрасных детекторов счета фотонов», Supercond. Sci. Технол, т. 30, нет. 11, стр. 11lt01, 2017. Поиск в Google Scholar

[137] В. Коцубо, Р. Радебо, П. Хендершотт и др. «Компактная система охлаждения 2,2 K для сверхпроводящих нанопроволочных детекторов одиночных фотонов», IEEE Trans. Прил. Supercond., Т. 27, нет. 4, стр. 9500405, 2017.Поиск в Google Scholar

[138] Х. Данг, Т. Чжан, Р. Чжа и др. «Разработка космических криокулеров 2K для охлаждения сверхпроводящего нанопроволочного детектора одиночных фотонов», IEEE Trans. Прил. Supercond., Т. 29, нет. 5, стр. 2200904, 2019. Поиск в Google Scholar

[139] ID Quantique: http://www.idquantique.com/ [доступ 14 февраля 2020 г.]. Поиск в Google Scholar

[140] PHOTEC: http://www.sconphoton.com/ [доступ 14 февраля 2020 г.]. Искать в Google Scholar

[141] Photon Spot: http: // photonspot.com / [доступ 14 февраля 2020 г.]. Поиск в Google Scholar

[142] Quantum Opus: http://www.quantumopus.com/ [доступ 14 февраля 2020 г.]. Поиск в Google Scholar

[143] SCONTEL: http://www.scontel.ru/ [доступ 14 февраля 2020 г.]. Поиск в Google Scholar

[144] Single Quantum: http://www.singlequantum.com/ [доступ 14 февраля 2020 г.]. Искать в Google Scholar

[145] Корнеев А., Липатов А., Окунев О. и др. Однофотонный детектор NbN с частотой счета ГГц для ИК-диагностики КМОП-схем СБИС // Микроэлектроника.Англ., Т. 69, нет. 2–4, стр. 274–278, 2003. Поиск в Google Scholar

[146] Р. Хэдфилд, М. Дж. Стивенс, С. С. Грубер и др. «Определение характеристик источника одиночных фотонов с помощью сверхпроводящего детектора одиночных фотонов», Опт. Экспресс, т. 13, вып. 26, pp. 10846–10853, 2005. Поиск в Google Scholar

[147] Н.Р. Геммелл, А. Маккарти, BC Лю и др., «Детектирование люминесценции синглетного кислорода с помощью однофотонного детектора на сверхпроводящей нанопроволоке с волоконной связью. ”Опт. Экспресс, т.21, нет. 4, pp. 5005–5013, 2013. Поиск в Google Scholar

[148] Т. Ямасита, Д. Лю, С. Мики и др. «Флуоресцентная корреляционная спектроскопия с однофотонным детектором на основе сверхпроводящих нанопроволок в видимой области спектра. ”Опт. Экспресс, т. 22, нет. 23, стр. 28783, 2014. Поиск в Google Scholar

[149] А. Маккарти, Н. Дж. Кричел, Н. Р. Геммелл и др., «Глубинное изображение с высоким разрешением в километрах с помощью однофотонного детектирования с длиной волны 1560 нм», Опт. Экспресс, т. 21, нет. 7, стр. 8904, 2013.Поиск в Google Scholar

[150] С. Дж. Чен, Д. К. Лю, В. X. Чжан и др., «Времяпролетная лазерная дальнометрия и построение изображений на длине волны 1550 нм с использованием сверхпроводящей нанопроволочной системы обнаружения одиночных фотонов с низким джиттером», Прил. Опт., Т. 52, нет. 14, pp. 3241–3245, 2013. Поиск в Google Scholar

[151] RE Warburton, A. McCarthy, AM Wallace, et al., «Субсантиметровое разрешение по глубине с использованием времяпролетного лазерного дальномера с подсчетом однофотонов. система на длине волны 1550 нм », Опт. Lett., Vol.32, нет. 15, pp. 2266–2268, 2007. Поиск в Google Scholar

[152] Р. Танг, З. Ли, Й. Ли и др. «Измерения кривой блеска с помощью однофотонного детектора на сверхпроводящей нанопроволоке», Opt . Lett., Vol. 43, нет. 21, pp. 5488–5491, 2018. Поиск в Google Scholar

[153] Дж. Чжу, Ю. Чен, Л. Чжан и др. «Демонстрация измерения морского тумана с помощью лидарной системы на основе SNSPD», Sci. Rep., Т. 7, вып. 1, стр. 15113, 2017. Искать в Google Scholar

[154] Б. Корж, К. К. В. Лим, Р.Хоулманн и др., «Доказанно безопасное и практичное распределение квантовых ключей на 307 км оптического волокна», Nat. Фотоника, т. 9, вып. 3, стр. 163–168, 2015. Поиск в Google Scholar

[155] Х. Таксу, С.В. Нам, К. Чжан и др. «Квантовое распределение ключей по потерям в канале 40 дБ с использованием сверхпроводящего однофотонного излучения. детекторы », Нац. Фотоника, т. 1, вып. 6, pp. 343–348, 2007. Поиск в Google Scholar

[156] Д. Розенберг, К. Г. Петерсон, Дж. У. Харрингтон и др. «Практическая квантовая система распределения ключей на большие расстояния с использованием уровней-ловушек», New J.Phys. 11, вып. 4, стр. 045009, 2009. Искать в Google Scholar

[157] Y. Liu, T.-Y. Чен, Дж. Ван и др., «Распределение квантового ключа состояния-приманки с поляризованными фотонами на расстоянии более 200 км», Опт. Экспресс, т. 18, нет. 8, pp. 8587–8594, 2010. Поиск в Google Scholar

[158] М. Сасаки, М. Фудзивара, Х. Исидзука и др. «Полевой тест распределения квантовых ключей в сети QKD в Токио», Opt . Экспресс, т. 19, нет. 11, pp. 10387–10409, 2011. Искать в Google Scholar

[159] S.Ван, В. Чен, Ж.-Ф. Гуо и др., «Распределение квантового ключа с тактовой частотой 2 ГГц на 260 км стандартного телекоммуникационного волокна», Опт. Lett., Vol. 37, нет. 6, pp. 1008–1010, 2012. Искать в Google Scholar

[160] Ю.-Л. Тан, Х.-Л. Инь, С.-Дж. Чен и др., «Распределение квантового ключа, не зависящее от измерительного прибора, на расстоянии более 200 км», Phys. Rev. Lett., Vol. 113, нет. 19, стр. 1, 2014. Искать в Google Scholar

[161] Y.-L. Тан, Х.-Л. Инь, С.-Дж. Чен и др., «Полевые испытания независимого от измерительного устройства квантового распределения ключей», IEEE J.Sel. Вершина. Квантовая электроника, т. 21, нет. 3, стр. 6600407, 2015. Поиск в Google Scholar

[162] К. Такемото, Ю. Намбу, Т. Миядзава и др. «Распределение квантового ключа на 120 км с использованием источника однофотонов сверхвысокой чистоты и сверхпроводящих однофотонных детекторов. ”Sci. Rep., Т. 5, вып. 1, стр. 14383, 2015. Поиск в Google Scholar

[163] Р. Валиварти, И. Лучио-Мартинес, П. Чан и др. «Распределение квантовых ключей, не зависящее от измерительных устройств: от идеи к применению», J.Мод. Опт., Т. 62, нет. 14, pp. 1141–1150, 2015. Искать в Google Scholar

[164] Ю.-Л. Тан, Х.-Л. Инь, Q. Чжао и др., «Независимое от измерительного устройства распределение квантовых ключей по недоверчивой городской сети», Phys. Преподобный X, т. 6, вып. 1, стр. 011024, 2016. Искать в Google Scholar

[165] Х.-Л. Инь, Т.-Ю. Чен, З.-В. Ю. и др., «Независимое от измерительного прибора распределение квантового ключа по оптическому волокну длиной 404 км», Phys. Rev. Lett., Vol. 117, нет. 19, стр. 1, 2016. Искать в Google Scholar

[166] R.Valivarthi, Q. Zhou, C. John и др., «Экономичная система распределения квантовых ключей, не зависящая от измерительных устройств, для квантовых сетей», Quantum Sci. Technol., Т. 2, вып. 4, стр. 04lt1, 2017. Поиск в Google Scholar

[167] А. Боарон, Г. Босо, Д. Руска и др. «Безопасное распределение квантовых ключей на 421 км оптического волокна», Phys. Rev. Lett., Vol. 121, нет. 19, стр. 1

, 2018. Поиск в Google Scholar

[168] Х. Лю, В. Ван, К. Вэй и др., «Экспериментальная демонстрация высокоскоростного независимого от измерительных устройств квантового распределения ключей по асимметричным каналам», Phys .Rev. Lett., Vol. 122, нет. 16, стр. 160501, 2019. Искать в Google Scholar

[169] К. Вэй, В. Ли, Х. Тан и др. Высокоскоростное распределение квантовых ключей, не зависящее от измерительных устройств, с интегрированной кремниевой фотоникой, препринт arXiv arXiv: 1911.00690, 2019. Искать в Google Scholar

[170] Y. Liu, Z.-W. Ю., В. Чжан и др., «Экспериментальное распределение квантового ключа в двойном поле через отправку или не отправку», Physical Review Letters, vol. 123, нет. 10, стр. 100505, 2019. Искать в Google Scholar

[171] S.Ван, Д.-Й. Он, З.-К. Инь и др., «Преодоление фундаментального предела скорости и расстояния в системе квантового распределения ключей», Phys. Преподобный X, т. 9, вып. 2, стр. 021046, 2019. Поиск в Google Scholar

[172] М. Миндер, М. Питталуга, Г. Л. Робертс и др., «Экспериментальное распределение квантовых ключей за пределами возможностей секретного ключа без повторителя», Nat. Фотоника, т. 13, вып. 5, pp. 334–338, 2019. Поиск в Google Scholar

[173] Дж. Кэролан, К. Харролд, К. Спарроу и др., «Универсальная линейная оптика», Science, vol.349, нет. 6249, стр. 711, 2015. Поиск в Google Scholar

[174] Дж. К. Лоредо, М. А. Брум, П. Хиллер и др. «Отбор проб бозонов с однофотонными фоковыми состояниями из яркого твердотельного источника», Phys. Rev. Lett., Vol. 118, вып. 13, стр. 130503, 2017. Поиск в Google Scholar

[175] Н. Спаньоло, К. Вителли, М. Бентивенья и др. «Экспериментальная проверка выборки фотонных бозонов», Nat. Фотоника, т. 8, вып. 8, pp. 615–620, 2014. Искать в Google Scholar

[176] H. Wang, Y.Он, Ю.-Х. Ли и др. «Высокоэффективный отбор проб многофотонных бозонов», Nat. Фотоника, т. 11, вып. 6, pp. 361–365, 2017. Поиск в Google Scholar

[177] Y. He, X. Ding, ZE Su, et al., «Отбор проб бозонов с временным интервалом с помощью однофотонного устройства», Phys. Rev. Lett., Vol. 118, вып. 19, стр. 1, 2017. Поиск в Google Scholar

[178] Х. Ван, В. Ли, Х. Цзян и др. «К масштабируемой выборке бозонов с потерей фотонов», Phys. Rev. Lett., Vol. 120, нет. 23, стр. 230502, 2018. Искать в Google Scholar

[179] H.-S. Чжун, Ю. Ли, В. Ли и др., «Запутывание 12 фотонов и масштабируемая выборка бозонов рассеянного заряда с оптимальными парами запутанных фотонов из параметрического преобразования с понижением частоты», Phys. Rev. Lett., Vol. 121, нет. 25, стр. 250505, 2018. Поиск в Google Scholar

[180] https://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.123.250503# [доступ 14 февраля 2020 г.]. Искать в Google Scholar

[181] Q.-C. Вс, Ю.-Л. Мао, С.-Дж. Чен и др., «Квантовая телепортация с независимыми источниками и предварительное распределение запутанности по сети.[Письмо] », Нац. Фотоника, т. 10, вып. 10, pp. 671–675, 2016. Искать в Google Scholar

[182] R. Valivarthi, M. l. G. Puigibert, Q. Zhou и др., «Квантовая телепортация по городской оптоволоконной сети», Nat. Фотоника, т. 10, вып. 10, pp. 676–680, 2016. Поиск в Google Scholar

[183] ​​Э. Сагламюрек, Дж. Джин, В. Б. Верма и др., «Квантовое накопление запутанных фотонов с длиной волны телекоммуникационной связи в оптическом волокне с эрбием , ”Nat. Фотоника, т. 9, вып. 2. С. 83–87, 2015.Искать в Google Scholar

[184] Y. Yu, F. Ma, X.-Y. Луо и др., «Переплетение двух квантовых воспоминаний через волокна на десятки километров», Nature, vol. 578, нет. 7794, pp. 240–245, 2020. Искать в Google Scholar

[185] Дж. С. Белл, «О парадоксе Эйнштейна-Подольского-Розена», в Physics 1. Перепечатано в Speakable and Unspeakable in Quantum Mechanics 1964, JS Bell, Ред., 1989, с. 195–200. Искать в Google Scholar

[186] А. Эйнштейн, Б. Подольский и Н. Розен, «Можно ли считать квантово-механическое описание физической реальности полным?», Phys.Rev., т. 47, нет. 10, pp. 777–780, 1935. Поиск в Google Scholar

[187] А. Аспект, «Закрытие двери в квантовые дебаты Эйнштейна и Бора», Physics, vol. 8, стр. 123, 2015. Поиск в Google Scholar

[188] М. Джустина, М. А. М. Верстех, С. Венгеровски и др. «Проверка теоремы Белла без значительных лазеек с запутанными фотонами», Phys. Rev. Lett., Vol. 115, нет. 25, стр. 250401, 2015. Поиск в Google Scholar

[189] Б. Хенсен, Х. Берниен, А. Э. Дро и др., «Нарушение неравенства Белла без петель с использованием спинов электронов, разделенных расстоянием 1,3 км. [Письмо], Природа, т. 526, нет. 7575, pp. 682–686, 2015. Поиск в Google Scholar

[190] Y. Liu, Q. Zhao, M.-H. Ли и др., «Независимая от устройства генерация квантовых случайных чисел», Nature, vol. 562, нет. 7728, pp. 548–551, 2018. Поиск в Google Scholar

[191] С. Хасминская, Ф. Пятков, К. Словик и др. «Полностью интегрированная квантовая фотонная схема с источником света с электрическим приводом», Nat. .Фотоника, т. 10, вып. 11, pp. 727–732, 2016. Поиск в Google Scholar

[192] X. Guo, CL Zou, C. Schuck, H. Jung, R. Cheng и HX Tang, «Параметрическая фотонная пара с понижающим преобразованием источник на нанофотонном чипе », Light Sci. Appl., Vol. 6, вып. 5, стр. e16249, 2017. Поиск в Google Scholar

[193] Дж. П. Спренджерс, А. Гаггеро, Д. Сахин и др. «Волноводные сверхпроводящие однофотонные детекторы для интегральных квантовых фотонных схем», Прил. Phys. Lett., Vol. 99, нет. 18, стр.181110, 2011. Поиск в Google Scholar

[194] Г. Райтмайер, М. Канибер, Ф. Флассиг и др., «Генерация, маршрутизация и обнаружение резонансной флуоресценции на кристалле», Nano Lett., Vol. 15, вып. 8, pp. 5208–5213, 2015. Поиск в Google Scholar

[195] Ф. Наджафи, Дж. Мауэр, NC Харрис и др. «Обнаружение неклассического света на кристалле путем масштабируемой интеграции одиночного детекторы фотонов », Нац. Commun., Т. 6, стр. 5873, 2015. Искать в Google Scholar

[196] M. G. Tanner, L.С. Э. Альварес, В. Цзян, Р. Дж. Уорбертон, З. Х. Барбер и Р. Х. Хэдфилд, «Детектор одиночных фотонов сверхпроводящей нанопроволоки на ниобате лития», Нанотехнологии, т. 23, нет. 50, стр. 505201, 2012. Поиск в Google Scholar

[197] П. Рат, О. Кал, С. Феррари и др. «Сверхпроводящие однофотонные детекторы, интегрированные с алмазными нанофотонными схемами», Light Sci. Appl., Vol. 4, вып. 10, стр. e338-e, 2015. Поиск в Google Scholar

[198] С. Миядзима, М. Ябуно, С. Мики, Т. Ямасита и Х.Тераи, «64-канальный однопотоковый квантовый адресный кодер с высоким временным разрешением, интегрированный с многопиксельным сверхпроводящим нанопроволочным детектором одиночных фотонов», Опт. Экспресс, т. 26, вып. 22, pp. 29045–29054, 2018. Искать в Google Scholar

DZNE Light Microscope Facility> Multi-Photon Microscopes

Двух- или трехфотонная микроскопия использует два (или три) фотона в инфракрасном спектральном диапазоне вместо одного. в видимом спектральном диапазоне для возбуждения флуорофоров. Из-за меньшего рассеяния инфракрасного света этот метод микроскопии позволяет получать изображения гораздо глубже в ткани, чем традиционные методы «одиночного» фотона.Кроме того, двух (или трех) фотонные микроскопы возбуждают флуорофоры только в плоскости фокуса и, таким образом, обеспечивают z-разрешение, сравнимое с конфокальной микроскопией. Поэтому многофотонные микроскопы идеально подходят для всех видов экспериментов с фотоманипуляциями. LMF имеет большую часть вспомогательного оборудования, такого как грелки, испаритель изофлурана, пульсоксиметр и стоматологическая бормашина для хирургии и визуализации наркотизированных, а также бодрствующих животных.

Zeiss LSM780NLO

Подробности см. В разделе Конфокальные сканирующие микроскопы

Zeiss LSM7MP (две установки)

Наши Zeiss LSM7MP представляют собой вертикальные двухфотонные установки с инфракрасными лазерами и до четырех сверхчувствительных необнаруженных детекторы (NDD) на основе технологии фосфида арсенида галлия (GaAsP).Пара из них крепится непосредственно к держателю объектива для наиболее эффективного сбора рассеянной флуоресценции. LSM7MP-2 использует лазер Chameleon UltraII (когерентный), где можно выбрать длину волны от 700 нм до 1050 нм, а LSM7MP оснащен лазером InSight X3 (SpectraPhysics), где доступны длины волн от 700 до 1300 нм. Установки идеально подходят для визуализации in vivo наркотизированных или бодрствующих животных. Кроме того, имеется широкий выбор специализированных клиринговых задач (BABB, CUBIC, Scale и т. Д.) доступны и подходят практически для любой клиринговой стратегии. Таким образом, на этих установках также возможно получение изображений очищенного образца с высоким разрешением.

Резонансная установка Thorlabs

Этот сделанный на заказ микроскоп устанавливается подвешенным под антивибрационным столом. Уникальный дизайн позволяет изображать поведение животных на огромных и сложных аренах под столом. Инфракрасный лазер (700-1050 нм) ослабляется EOM, который обеспечивает гашение и, таким образом, снижает фототоксичность. Система оснащена двумя сверхчувствительными детекторами на основе фосфида арсенида галлия (GaAsP) в нерассканированном виде.Комбинируя резонансный сканер (8 кГц — 30 Гц при 512 строк) с пьезоуправляемым z-степпером, можно получить трехмерное изображение с высоким временным разрешением.

Установка 3P Thorlabs

Наша установка 3Photon представляет собой систему микроскопа, изготовленную по индивидуальному заказу, основанную на компонентах Thorlabs с лазером 2P (680 и 1040 нм) и лазером 3P (NOPA / Spirit от Spectra Physics, 4 МГц> энергия импульса 1,2 мДж ). Длины волн около 1300 нм и 1700 нм можно использовать для визуализации зеленых или красных флуоресцентных красителей в трехфотонном режиме.Двухфотонный режим также можно использовать, например, для сравнения. По сравнению с двухфотонной микроскопией трехфотонная микроскопия может гораздо глубже проникать в рассеивающую ткань и обеспечивает значительно увеличенное отношение сигнал / шум. Таким образом, установка оптимизирована для визуализации глубоких тканей бодрствующих животных.

LaVision TRIM ScopeII с OPO

Наш LaVision Trim ScopeII с OPO представляет собой двухфотонную установку с новой конструкцией, которая создает большое пространство вокруг объектива (мост invivo).Поэтому он идеально подходит для визуализации поведения животных на различных аренах. Микроскоп имеет три пути возбуждения. Два лазера Ti: Sapphire излучают свет ближнего инфракрасного диапазона (680–1040 нм с разделением на 820 нм), который можно использовать для визуализации или стимуляции. Оптический параметрический генератор (OPO) доставляет излучение в дальней инфракрасной области (> 1040 нм) для возбуждения красных флуоресцентных красителей. Каждая лазерная линия может быть направлена ​​на гальво-сканер или резонансный сканер, которые являются независимыми. Выравнивание фокусных точек позволяет одновременно получать изображения и стимуляцию.Резонансный сканер (8 кГц) идеально подходит для получения покадровой съемки с высокой частотой кадров (30 Гц при 512 строках). Комбинация с Z-шаговым двигателем с пьезоуправлением позволяет быстро создавать трехмерные изображения. Флуоресценция регистрируется двумя высокочувствительными детекторами фосфида арсенида галлия. Четыре неотсканированных детектора (NDD) могут использоваться для сбора излучения, генерируемого световым трактом гальванического сканера. Каждый детектор сверхчувствителен в определенном спектральном диапазоне. Конечно, установка идеально подходит для визуализации in vivo наркотизированных животных (мышей и крыс).LMF может предоставить дополнительное оборудование, такое как грелки, испаритель изофлурана, пульсоксиметр и стоматологическая бормашина для хирургии и визуализации наркотизированных животных.

2P STED

Подробную информацию см. В разделе «Суперразрешение»

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом.Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в cookie-файлах может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Молниеносно быстрый детерминированный сетевой механизм

Мы делаем мультиплеер простым

Фотон в реальном времени

Разрабатывайте и запускайте многопользовательские игры по всему миру, независимо от того, являетесь ли вы инди-разработчиком или студией AAA.Создавайте синхронные или асинхронные игры и создавайте собственные веб-перехватчики.

Фотон ПУН

Воспользуйтесь преимуществами тесной интеграции с Unity, чтобы легко разрабатывать и запускать многопользовательские игры по всему миру. Экспорт на все поддерживаемые Unity платформы, включая консоли.

Фотон БОЛТ

Беспрецедентные функции
, которые вы больше нигде не найдете

Фотонный квант

Присоединяйтесь к революции в разработке многопользовательских игр: создавайте MOBA, драки, стратегии в реальном времени, файтинги и спортивные игры с помощью нашего невероятно быстрого детерминированного сетевого движка.

Фотонный чат

Легко интегрируйте кроссплатформенную систему чата в свои приложения, которая масштабируется до любого количества одновременных чатов.

Фотонный голос

Предоставьте своим пользователям качественный голосовой чат, который просто работает.Неважно, насколько велико ваше сообщество.

Photon Server

Создайте любую многопользовательскую игру и создайте свои собственные полностью авторитетные серверы. Размещайте и запускайте их в своем собственном помещении.

Качественная подготовка и манипулирование состояниями поляризационной спутанности в стандартных телекоммуникационных каналах

Мы сообщаем о простом и практичном подходе к созданию высококачественной поляризационной запутанности в полностью направленной волновой манере.Как детерминированное разделение пар на два соседних телекоммуникационных канала, так и временная компенсация разноса парных фотонов достигаются с использованием стандартных волоконно-оптических компонентов. Эксперименты по двухфотонной интерференции выполняются как для количественной демонстрации актуальности нашего подхода, так и для управления созданным состоянием между бозонной и фермионной симметрией. Компактность, универсальность и надежность этой конфигурации делают ее потенциальным кандидатом для приложений квантовой связи.

ОБЩИЕ НАУЧНЫЕ РЕЗЮМЕ Введение и предыстория. Пары запутанных кубитов служат ключевым ресурсом для множества современных приложений квантовой физики, от двухточечной квантовой криптографии до квантовой памяти и сценариев повторителя. В контексте квантовой связи на основе запутанности на больших расстояниях спонтанное параметрическое преобразование с понижением частоты представляет собой обычный способ получения запутанных фотонов с кодировкой поляризации.Для развития квантовой связи требуются более яркие источники, излучающие идеально запутанные фотоны в стандартных телекоммуникационных каналах, и все это в компактной и надежной конструкции.

Основные результаты. В нашей работе собраны все вышеупомянутые функции в полностью расслоенной конфигурации. В основе эксперимента лежит волноводный генератор из ниобата лития с периодической полярностью II типа. Используя высокопроизводительные оптоволоконные компоненты, наш источник обеспечивает детерминированное разделение парных фотонов на два стандартных телекоммуникационных канала (ITU 46 и 47).Кроме того, временное отклонение, вызванное двулучепреломлением волновода, компенсируется простым использованием волокна с сохранением поляризации длиной 3,2 м. Правильная длина волокна подтверждена экспериментом по двухфотонной коалесценции в духе Хонга, Оу и Манделя (HOM). После компенсации поляризационная запутанность охарактеризована и доказана как отличное качество. Мы также показываем, как манипулировать бифотонным запутанным состоянием для переключения между бозонной и фермионной симметрией.

Более широкие последствия. Этот очень конкурентоспособный результат, связанный с высокой яркостью, компактностью и, следовательно, практичностью, делает этот источник многообещающим элементом для междугородной квантовой связи на основе телекоммуникационных сетей и подчеркивает высокий потенциал нелинейной интегрированной оптики в этой области. Эта работа открывает путь к квантовой криптографии с плотным волновым мультиплексированием.

Рисунок. Пары кросс-поляризованных фотонов на вырожденной длине волны 1540 нм создаются с использованием волноводного генератора типа II (PPLN / W), накачиваемого лазером с длиной волны 770 нм.Процесс генерации — это процесс спонтанного параметрического преобразования с понижением частоты (SPDC). Временное отклонение, вызванное двойным лучепреломлением волновода, компенсируется с помощью волокна, поддерживающего поляризацию (PMF), что представляет собой простую стратегию без потерь. Затем парные фотоны разделяются на два стандартных телекоммуникационных канала в соответствии с законом сохранения энергии SPDC с использованием набора из двух плотных мультиплексирующих фильтров с разделением по длине волны 100 ГГц (0,8 нм). Таким образом, Алиса получает длинноволновый фотон (‘+’), а Боб — коротковолновый фотон (‘-‘).Два дополнительных фотона несут максимально поляризационное запутанное состояние вида H _— V ₊ + V _— H ₊ (без нормализации). Качество сцепления подтверждается с помощью стандартной настройки неравенства Белла, включающей в каждом месте пользователя полуволновую пластину (HWP), поляризационный светоделитель (PBS) и детектор одиночных фотонов (APD). Получаем параметр Белла S = 2,824 ± 0.007, что намного выше квантового предела и соответствует нарушению неравенства Белла с более чем 100 стандартным отклонением. &: Логический элемент И для регистрации количества совпадений между детекторами Алисы и Боба.

Фотонная запутанность — ключевой ресурс для протоколов квантовой связи [1], среди которых основным приложением сегодня является квантовое распределение ключей [2, 3]. Создание запутанных фотонов на длинах волн телекоммуникационного C-диапазона (1530–1565 нм) позволяет реализовать квантовые каналы на относительно больших расстояниях благодаря оптическим волокнам с низкими потерями и высокопроизводительным стандартным компонентам.Одна из наиболее естественных и доступных наблюдаемых запутанности — это состояние поляризации фотонов. В этой области было выполнено множество экспериментов, часто с использованием так называемого процесса спонтанного параметрического преобразования с понижением частоты (SPDC) второго типа в подходящих нелинейных объемных [4, 5] или волноводных ([6, 7] и ссылки в них) кристаллах. . Более того, интегрированная оптика в LiNbO ₃ является мощным ресурсом для разработки квантовых схем как для генерации, так и для управления запутанными фотонами [8].Сильные нелинейные оптические эффекты, а также работа в одном пространственном режиме действительно являются ключевыми ингредиентами для будущего развития квантовой информационной технологии [9].

В этой статье мы представляем простой и практичный подход для создания высококачественной поляризационной запутанности в полностью направленной волновой манере. И детерминированное разделение пар в двух соседних телекоммуникационных каналах, и компенсация ухода достигаются с помощью стандартных волоконно-оптических компонентов. Эксперименты по двухфотонной интерференции проводятся как для точного определения стадии компенсации волокна, так и для манипулирования созданным состоянием между бозонной (| Ψ ⁺ 〉) и фермионной (| Ψ ^— 〉) симметриями [10].В конце концов, мы выполняем тест неравенства Белла для состояния | Ψ ⁺ 〉, чтобы количественно продемонстрировать актуальность как нашего подхода, так и наших результатов.

В случае волноводов второго типа парные фотоны излучаются совместно в состояниях кросс-поляризации | H 〉 | В 〉. Успешное образование перепутывания затем достигается при вероятностном разделении пар в светоделителе ценой потери пары 50%. Чтобы обойти это, было предложено несколько стратегий.Они основаны на многоволноводных конфигурациях [11–13], чередующихся периодах опроса в ниобате лития [14–16] или параллельных процессах SPDC типа 0 / I в гребневых волноводах AlGaAs [17]. В связанных экспериментах сообщалось об ограниченных качествах запутывания из-за технологических недостатков [11–13, 15, 16]. Кроме того, необходимо компенсировать временное отклонение между парными фотонами, естественным образом вызванное двулучепреломлением волновода. В более ранних работах последнее было достигнуто с использованием стратегий объемной оптики, снижающих как надежность, так и применимость источника [6, 7].Здесь мы решаем эти две проблемы, используя телекоммуникационное оптоволокно с низкими потерями.

Экспериментальная установка источника показана на рисунке 1. Генератор фотонных пар второго типа основан на волноводной структуре из ниобата лития (PPLN / W) длиной 3,6 см, 9,0 мкм м с периодической полярностью [7]. Более подробная информация о наших производственных процессах и численном моделировании, проведенном для достижения желаемого фазового синхронизма, представлена ​​в [18]. Мы вводим 2,5 мВт (номинальная мощность) от диодного лазера 770 нм в волновод для создания парных фотонов с вырожденной длиной волны 1540.2 нм. Как показано на рисунке 2, | H 〉 и | В 〉 моды излучения перекрываются почти полностью со спектральной шириной около 0,85 нм на полувысоте (полная ширина на полувысоте).

Приблизить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 1. Установка для генерации поляризационно запутанных фотонов на длине волны 1540 нм с использованием PPLN / W типа II, накачиваемого лазером с длиной волны 770 нм. PMF используется в качестве компенсатора двулучепреломления, а набор из двух DWDM детерминированно разделяет фотоны на каналы ITU-46/47.Стандартный аппарат неравенства Белла измеряет качество запутанности. Со стороны Алисы фазовый компенсатор (SB) Солей-Бабине позволяет регулировать фазу запутанного состояния. L: линза; ПК: контроллер поляризации волокна; HWP: полуволновая пластина; PBS: поляризационный светоделитель; &: И-ворота.

Загрузить рисунок:

Стандартное изображение

Приблизить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 2. Зависимый от поляризации спектр излучения PPLN / W при 110 ° C.Две поляризационные моды перекрываются почти идеально. Закрашенные кривые представляют спектры пропускания двух используемых фильтров DWDM. Знаки + и — указывают окна передачи с высокой и низкой связанными длинами волн соответственно.

Загрузить рисунок:

Стандартное изображение

Мы обращаемся к детерминированному расщеплению парных фотонов с помощью подходящей стратегии, которая состоит из разделения спектра излучения, показанного на рисунке 2, на окна с высокими (+) и низкими (-) длинами волн, чтобы создать состояние формы

С этой целью мы использовать два дополнительных стандартных 100 ГГц плотных мультиплексора с разделением по длине волны (DWDM).Как показано на рисунке 2, этот набор фильтров выбран таким образом, чтобы почти полностью покрыть спектр излучения, а также удалить боковые пики спектра, которые позволяют нам определять поляризацию как функцию длины волны [7]. Таким образом, практически никакие полезные фотоны не теряются в центральном пике спектра. Обратите внимание, что фактическое перекрытие между двумя фильтрами в центре спектров составляет порядка 1%. С учетом относительных спектральных интенсивностей это приводит к вероятности <0.25% отправки двух фотонов в один и тот же диапазон длин волн, т. Е. | В 〉 ₊ | H 〉 ₊ и | В 〉 _— | H 〉 _— передается одному и тому же пользователю (+ Алисе и — Бобу соответственно). Таким образом, вклад дополнительных шумов из-за обнаружения незапутанного фотона в одной области длин волн и темнового счета в другом детекторе незначителен.

Для компенсации временного отклонения между | H 〉 и | В 〉 фотонов, индуцированных двулучепреломлением волновода, мы используем простую, надежную стратегию с низкими потерями.Как ранее использовалось с волоконными источниками пар фотонов [19, 20], двулучепреломляющее волокно, поддерживающее поляризацию (PMF), соединено встык с выходом волновода и ориентировано таким образом, что ось двулучепреломления волокна повернута на 90 ° по сравнению с осью волновод. Чтобы найти правильную длину компенсации PMF, мы проводим эксперимент с двухфотонной интерференцией, основанный на так называемой установке наклона Hong, Ou and Mandel (HOM) [21] для поляризационной наблюдаемой [7], в которой временная задержка между двумя фотонами сканируется.С одной стороны, это позволяет сделать вывод о естественном временном отклонении, вызванном двулучепреломлением волновода. С другой стороны, он позволяет охарактеризовать удельную компенсацию уноса, достигаемую на метр ВМП. Экспериментальная установка, подобная HOM, показана на рисунке 3 с левой вставкой (а), подключенной к выходу источника.

Приблизить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 3. Экспериментальная установка для (а) наблюдения провалов ГОМ с и без PMF и (б) сдвига фазы запутанного состояния.В первом случае состояния фотонов поворачиваются на 45 ° благодаря волоконно-оптическому ПК и отправляются в f-PBS для анализа состояния. Пост-выбор длины волны выполняется с использованием двух DWDM, сосредоточенных в каналах ITU-46 и 47. В последнем случае парные фотоны детерминированно разделяются на первом DWDM (ITU-46). Фотоны в области — подвергаются переменной задержке, в то время как фотоны в области + подвергаются фазовому сдвигу, зависящему от поляризации, вносимому благодаря пластине SB. В конце концов, парные фотоны рекомбинируются во втором DWDM (ITU-47), поворачиваются на 45 ° (ПК) и отправляются в f-PBS для анализа состояния.L: линза; QWP: четвертьволновая пластинка; М: зеркало; &: И-ворота.

Загрузить рисунок:

Стандартное изображение

Сгенерированные фотоны сначала отправляются на настраиваемую поляризационно-зависимую задержку, основанную на устройстве типа интерферометра Майкельсона, как подробно описано в [7]. Одно из зеркал можно перемещать с помощью двигателя, чтобы ввести искусственную задержку между фотонами. После этого бифотонное состояние поворачивается на 45 ° с помощью волоконного контроллера поляризации (ПК) по сравнению с базой создания { H , V } и отправляется на оптоволоконный поляризационный светоделитель (f-PBS).После f-PBS для выбора фотонов с высокой (+) и низкой (-) длиной волны используются два DWDM. Обратите внимание, что в принципе фактическое положение ступени фильтрации, то есть до или после f-PBS, не имеет значения. Это позволяет учитывать состояние уравнения (1) с = 0 на входе измерительного устройства, показанного на рисунке 3 (а). В этом случае эволюция состояния читается как

. Когда задержка между фотонами полностью скомпенсирована, состояния, связанные с кроссполяризованными вкладами, компенсируют друг друга.Как следствие, квантовое состояние после воздействия как f-PBS, так и фильтров приводит к состоянию

Затем регистрируется частота обнаружения совпадений как функция искусственной задержки между двумя лавинными фотодиодами InGaAs (APD). Одно из них — устройство с пассивным гашением (IDQ-220, эффективность обнаружения ~ 20% и вероятность подсчета темноты ~ 10 ^-6 нс ^-1 ), которое при обнаружении запускает второй, работающий в стробируемом режиме (IDQ -201, с эффективностью обнаружения ~ 25% и вероятностью темнового счета ~ 10 ⁻⁵ нс ⁻¹ ).Как показано на рисунке 4, мы получаем HOM-провалы при выполнении эксперимента с компенсатором отклонения PMF и без него. Соответствующие исходные видимости составляют 94 ± 5%. Обратите внимание, что не было предпринято никаких особых усилий для оптимизации этих показателей. Без PMF центр провала находится с задержкой -4,40 пс, что соответствует естественному отклонению, вызванному двулучепреломлением волновода, как предсказывает теория [7]. Мы охарактеризовали удельную компенсацию PMF как 1,38 пс · м ⁻¹ , что означает, что величина 3.В нашем случае необходим PMF длиной 2 м. В таком волокне положение провала смещено до 0,03 пс, что указывает на то, что унос почти полностью компенсируется.

Приблизить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 4. Измерения угла падения HOM с и без PMF. Вертикальная пунктирная линия обозначает нулевую задержку.

Загрузить рисунок:

Стандартное изображение

Указанные выше провалы были получены с фотонами на разных длинах волн, в отличие от того, что обычно делается при аналогичных измерениях HOM [6, 7].Это указывает на то, что этот квантовый эффект возникает не просто из-за обычной двухфотонной интерференции, а, скорее, из-за запутанного состояния, выбранного измерительным устройством (f-PBS + DWDM). А именно, в стандартных поляризационных экспериментах с HOM, то есть с участием вырожденных по длине волны фотонов, провал наблюдается независимо от потенциальных фазовых флуктуаций между двумя фотонами, падающими на PBS [7]. Однако запутанность подразумевает постоянное фазовое соотношение между двумя его вкладами.Чтобы показать это, мы теперь обсуждаем второе измерение, которое позволяет переключить фазу запутанного состояния, если таковое имеется, с 0 на π , что соответствует максимальному значению | Ψ ⁺ 〉 и | Ψ ^— 〉. запутанные состояния Белла соответственно. В случае состояния | Ψ ⁺ 〉, связанного с четностью волновой функции (бозонная симметрия для наблюдаемой поляризации), два фотона всегда могут быть связаны с равномерным пространственным распределением из-за их бозонного характера.Как следствие, слияние фотонов может наблюдаться при проецировании PBS, которому предшествует поворот бифотонного состояния на 45 ° по сравнению с базисом { H , V }, как показано выше.

Если, однако, состояние, показывающее нечетную четность волновой функции (фермионную симметрию), анализируется с помощью такой установки, то пространственное распределение также должно быть связано с нечетной четностью. В этом случае, после того, как бифотонное состояние повернуто на 45 ° с помощью оптоволоконного ПК по сравнению с базой создания { H , V }, проекция на f-PBS ориентирована в { H , V } не изменяет состояние.Вот почему ожидается поведение анти-коалесценции, то есть парные фотоны детерминированно разделены на втором f-PBS, что приводит к увеличению скорости совпадения. На рисунке 3 изображена экспериментальная установка с подключенной правой вставкой (b), которая позволяет настраивать фазу между двумя вкладами начального состояния | Ψ ⁺ 〉. После линии задержки, зависящей от поляризации, парные фотоны детерминированно разделяются по длинам волн с использованием первого фильтра DWDM.В одном плече используется переменная задержка, а в другом — фазовый сдвиг между вкладами | H 〉 ₊ и | В 〉 ₊ обеспечивается благодаря фазовой пластине Солей-Бабине (SB) с волоконной связью. Затем парные фотоны рекомбинируют во втором DWDM, поворачивают на 45 ° с помощью оптоволоконного ПК и, в конечном итоге, отправляют на f-PBS, чтобы выполнить измерения провалов / пиков HOM. Обратите внимание, что эта конфигурация с двумя DWDM, которая обеспечивает детерминированное разделение и рекомбинацию фотонов, имеет устройство интерферометра Маха – Цендера.Однако он не требует стабилизации фазы, поскольку два плеча связаны с разной длиной волны, что предотвращает интерференцию однофотонов. Как показано на рисунке 5, мы снова наблюдаем явный провал, когда фаза, вводимая SB, равна = 0 и выполняется компенсация двойного лучепреломления. Если фаза выбрана равной π , то генерируется максимально запутанное состояние | Ψ ^— 〉 и наблюдается пик совпадения. В тех же детекторах, что и на рисунке 4, и провал, и пик связаны с необработанными и чистыми (т.е.е. после вычитания событий, связанных с темновыми счетами в детекторах) видимости 86 ± 5 и 94 ± 6% соответственно. Обратите внимание, что кривые на рис. 5 были записаны для того же времени интегрирования, что и на рис. 4. Уменьшение необработанной видимости приписывается увеличению мощности накачки для компенсации дополнительных потерь, внесенных в установку на рис. 3 (b), поскольку используются S / B для свободного пространства и дополнительные каскады волоконной связи.

Приблизить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 5. HOM провал и пик, полученные для двух разных настроек SB. Для = 0 | Ψ ⁺ 〉 все еще сохраняется, и получается провал, как в случае на рисунке 5. Изменение фазы на π меняет состояние на | Ψ ^— 〉, для которого пространственное распределение как ожидается, будет иметь нечетную симметрию, что приведет к пику совпадения.

Загрузить рисунок:

Стандартное изображение

Также примечательно, что это поведение наблюдается независимо от задержки, вносимой между компонентами + и -.Для пикового измерения, показанного на рисунке 5, задержка волокна составила 22 нс (5 м), что намного больше, чем время когерентности одиночных фотонов, проходящих через устройство, ~ 5 пс (100 ГГц). Таким образом, это условие предотвращает их временное перекрытие во второй f-PBS. В заключение этого анализа, который аналогичен запутыванию энергия-время в свернутой конфигурации Франсона [22, 23], два обсуждаемых выше свойства могут быть отнесены только к запутанным состояниям.

Для дальнейшей количественной оценки созданного качества сцепления с помощью простой установки, показанной на рисунке 1, мы выполняем тест неравенства Белла, используя стандартные параметры поляризации [6, 7].Как обсуждалось выше, компенсация двулучепреломления выполняется с помощью PMF длиной 3,2 м. Затем парные фотоны детерминированно разделяются и отправляются Алисе и Бобу с использованием двух стандартных 100 ГГц DWDM, сосредоточенных в каналах ITU-46 и ITU-47 (см. Рисунок 2). Поскольку отражение каждого DWDM является дополнением его окна передачи, необходимы два дополнительных фильтра. Сгенерированное запутанное состояние затем анализируется Алисой и Бобом, каждый из которых включает волоконный ПК, полуволновую пластину (HWP), поляризационный светоделитель (PBS) и однофотонный детектор.Чтобы уменьшить шум в этом измерении, мы используем два автономных InGaAs APD (IDQ-220) с эффективностью обнаружения ~ 20% и вероятностью темнового счета ~ 10 ⁻⁶ нс ⁻¹ . Кроме того, на стороне Алисы используется фазовый компенсатор SB для регулировки фазового соотношения между вкладами в запутанное состояние уравнения (1). Для следующих измерений мы устанавливаем = 0 для генерации максимально запутанного состояния Белла | Ψ ⁺ 〉 = | Ψ (0)〉.Затем Алиса устанавливает свой анализатор поляризации для последующей ориентации по горизонтали ( H ), вертикальной ( V ), диагональной ( D ) и антидиагональной ( A ). Одновременно измеряется степень обнаружения совпадений между Алисой и Бобом как функция угла HWP Боба, который непрерывно вращается. Как показано на рисунке 6, мы получаем отличные интерференционные картины видимости для всех настроек. Подгоночные параметры предполагают среднюю необработанную и чистую (то есть после вычитания событий, связанных с темновыми счетами в детекторах) видимость около 97.3 ± 0,6% и 99,5 ± 0,8% соответственно. Эти значения видимости соответствуют чистым и необработанным параметрам Bell S _net = 2.824 ± 0.007 и S _raw = 2.806 ± 0.005, соответственно, и, следовательно, нарушению Bell, Clauser, Horne, Shimony и Неравенства Холта (B-CHSH) более чем на 100 стандартных отклонений для каждого значения [24]. Обратите внимание, что необработанная видимость ограничена только вероятностями темнового счета в детекторах, в нашем случае ~ 1 × 10 ⁻⁶ нс ⁻¹ .Полученная чистая видимость подчеркивает высококачественную запутанность, создаваемую самим источником. Отметим, что аналогичные результаты были получены для состояния | Ψ ^— 〉 (кривые не представлены).

Приблизить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 6. Нарушение неравенств B-CHSH для стандартных настроек, т.е. горизонтального { H }, вертикального { V }, диагонального { D } и антидиагонального { A }.Для всех настроек достигается видимость, превышающая 99% (чистая) и 97% (необработанная), что подчеркивает качество нашего подхода.

Загрузить рисунок:

Стандартное изображение

Что касается других показателей качества этого источника, мы достигли скорости совпадения около 1100 с ⁻¹ для мощности накачки, связанной с волноводом, равной 2,5 мВт. Спектральная яркость PPLN / W составила ~ 2 × 10 ⁴ генерируемых пар в секунду, на мВт мощности связанной накачки и на ГГц ширины спектральной полосы.Кроме того, потери, испытываемые отдельными фотонами, составляют около 3 дБ от выхода генератора до измерительного устройства. Это исключительно хороший показатель потерь, который в основном объясняется выгодным использованием готовых стандартных телекоммуникационных компонентов. Обратите внимание, что основные потери (~ 2 дБ) возникают из-за стыковой связи между PPLN / W и PMF, которую можно значительно уменьшить с помощью оптоволоконного пигтейла и / или сегментированной конической волноводной структуры для обеспечения лучшего канального волновода для волоконной моды. перекрытие [25].

В заключение, мы продемонстрировали качественный источник поляризационной запутанности на основе PPLN / W типа II. Источник надежен и эффективен благодаря использованию стандартных телекоммуникационных компонентов с низкими потерями, таких как PMF для компенсации двулучепреломления в волноводе и набор DWDM для детерминированного разделения пар на стандартные каналы связи. Превосходное качество запутанности, полученной на выходе источника (события из-за темновых счетчиков в детекторах, отброшенных), в сочетании с простотой установки, делают этот подход хорошим кандидатом для будущих квантовых сетевых решений, основанных на фотонной запутанности.Например, указанный источник может быть использован в схемах распределения квантовых ключей на большие расстояния при условии, что будут использоваться детекторы с гораздо более низкими скоростями темнового счета. Примечательно, что современные сверхпроводящие устройства показывают вероятности темнового счета порядка 10 ⁻⁹ нс ⁻¹ [26, 27].

Авторы благодарят О. Алибарта, А. Кастберга, М. П. Де Микели и Д. Б. Островски за их помощь и плодотворные обсуждения. Финансовая поддержка со стороны CNRS, Университета Ниццы — София Антиполис (UNS), европейской программы ERA-SPOT «WASPS» и ICT-2009.8.0 Проект FET «QUANTIP» (грант 244026), Национальное агентство исследований, проект «e-QUANET» (грант ANR-09-BLAN-0333-01), Le Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche (MESR ), Генеральное управление вооружений (DGA), правительство Малайзии (MARA), фонд iXCore pour la Recherche и региональный совет PACA.

Волоконно-оптическое отображение и манипулирование нервной активностью во время поведения животных

Основные моменты

•

Волоконно-оптические методы позволяют нам отображать нервную активность или управлять ею in vivo.

•

Сочетание с другими методами повысило доступность.

•

Методы полезны для анализа сложных нейронных цепей.

Abstract

Недавний прогресс в области оптогенетических зондов для визуализации и управления нейронной активностью еще больше повысил актуальность волоконно-оптических систем для исследования нейронных схем. Оптические волокна, которые двунаправленно передают свет между отдельными участками (даже на расстоянии нескольких метров), могут использоваться либо для получения оптических изображений, либо для управления нейронной активностью, связанной с механизмами поведенческих схем.Гибкость метода и характеристики световой структуры хорошо подходят для отслеживания поведения свободно движущихся животных. Кроме того, тонкие оптические волокна позволяют исследователям контролировать нервную активность не только на поверхности коры, но и в глубоких областях мозга, включая гиппокамп и миндалевидное тело. Такие области трудно нацелить с помощью двухфотонных микроскопов. Оптогенетическое манипулирование нервной активностью с помощью оптического волокна имеет то преимущество, что оно избирательно как для типов клеток, так и для проекций по сравнению с традиционной электрофизиологической стимуляцией ткани мозга.