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