研究背景与挑战

解决方案

中国科学院大学的研究小组开发了图1 所示的实验系统，以验证旋转编码盘以及同步方案的有效性。 他们使用氦氖激光照射物体，透射光经过旋转编码盘之后被单光子探测器接收。 该圆盘由两部分组成，以恒定的速度旋转。 圆盘的编码部分对接收的光子进行空间散射调制，并被单光子探测器接收。为了实现探测器接收与圆盘编码模式之间数据的同步，研究人员将另一束由光电二极管（LED）生成的激光输入圆盘外侧，并通过圆盘外侧的凹口进行光学斩波，产生的脉冲光信号可以为成像的单光子探测器提供时钟参考信号。之后，将光子探测建模为非均匀泊松过程（NHPP）进行成像解码。通过这些方案，研究人员有效地解决了探测与编码的同步问题，并对速度波动进行了补偿，并且该实验装置可以实现在每个像素不到一个光子的照明下捕捉图像，调制速率约为 100 kHz，成像速度为每秒 28 帧。

图1：实验装置 (a) 成像光路构建，使用Moku:Pro作为事件计数器 (b) 旋转编码掩膜板。红色方块：成像掩膜区域，绿色箭头：同步LED凹口 (c) 掩膜的放大视图。

“Moku解决了传统设备输出不兼容问题”

实验结果

“Moku数据存储格式大大减轻了数据分析处理工作量”

图2：不同旋转周期数量下单像素成像的重建图像。CNR随旋转周期数量的增加而提高。

该研究小组的实验证明了旋转编码掩模在弱光条件下成像应用的潜力。相比于使用DMD进行单像素成像，旋转编码掩模具有多种优势，包括成本更低、功耗更小、填充因子更高，因此更有利于在生物医学成像、激光雷达和其他领域的大规模应用。

目前，该研究小组的这项成果已发表在《光学快报》（Optics Letters）上[1]。研究小组的成员还表示他们正在设计开展更多的单光子探测实验，仍将Moku:Pro的时间间隔和频率分析仪作为他们实现时间相关单光子计数的首选设备。

参考文献

[1] Zi-Qing Zhao, Yue-Xi Zhang, Jia-Qi Song, Ming-Fei Li, and Ling-An Wu, "Photon-counting single-pixel camera based on a fast spinning coding disk," Opt. Lett. 50, 169-172 (2025).