Využití radioluminiscenčních zdrojů pro kalibraci jednofotonových kamer

221 11-12/2025 Radek MACHULKA, V´ aclav MICH ´ ALEK, Ondˇ rej HADERKA, Jan PE ˇ RINA, Jr Spoleˇ cn´ a laboratoˇ r optiky Univerzity Palack´ eho a Fyzik´ aln´ ıho ´ ustavu Akademie vˇ ed ˇ Cesk´ e republiky, Pˇ r´ ırodovˇ edeck´ a fakulta, Univerzita Palack´ eho, Olomouc Vyuˇ zit´ ı radioluminiscenˇ cn´ ıch zdroj˚ u pro kalibraci jednofotonov´ ych kamer V tomto ˇ cl´ anku se vˇ enujeme kalibraci kvantov´ e´ uˇ cinnosti jednofotonov´ ych kamer s vyuˇ zit´ ım radioluminiscenˇ cn´ ıch svˇ eteln´ ych zdroj˚ u. Tyto metody jsou n´ aslednˇ e porovn´ any s absolutn´ ımi kalibraˇ cn´ ımi technikami zaloˇ zen´ ymi na detekci p´ arov´ ych optick´ ych pol´ ı. V z´ avˇ eru je pak navrˇ zena metoda transferu absolutn´ ı kalibrace pr´ avˇ e pomoc´ ızm ´ ınˇ en´ ych radioluminiscenˇ cn´ ıch z´ aˇ riˇ c˚ u. Kl´ ıˇ cov´ a slova: kalibrace, kamery, radioluminiscence 1. ´ UVOD Jednofotonov´ e kamery, tj. ploˇ sn´ e detektory s prostorov´ ym rozliˇ sen´ ımvp ˇ r´ ıˇ cn´ e rovinˇ e schopn´ e detekovat individu´ aln´ ı kvanta elektromagnetick´ eho pole, se st´ avaj´ ı v souˇ casn´ e dobˇ e st´ ale ˇ castˇ eji bˇ eˇ zn´ ymi souˇ c´ astmi vybaven´ ı nejen optick´ ych laboratoˇ r´ ı. Tyto kamery jsou charakteristick´ e zejm´ ena n´ ızk´ ym ˇ sumem a vysokou detekˇ cn´ ı´ uˇ cinnost´ ı. D´ ıky tˇ emto vlastnostem nach´ azej´ ı uplatnˇ en´ ı v aplikac´ ıch zamˇ eˇ ren´ ych na detekci velmi slab´ ych optick´ ych pol´ ı, jako je napˇ r. mˇ eˇ ren´ ı fotopulzn´ ıch rozdˇ elen´ ı [1]. Pro aplikace vyuˇ z´ ıvaj´ ıc´ ıˇ c´ ıt´ an´ ı foton˚ ujev ˇ sak zcela nezbytn´ a charakterizace pouˇ zit´ eho detektoru, zejm´ ena ˇ sumu, zisku a detekˇ cn´ ı´ uˇ cinnosti. V tomto ˇ cl´ anku se budeme vˇ enovat prim´ arnˇ e posledn´ ı veliˇ cinˇ e, tj. urˇ cen´ ı detekˇ cn´ ı (kvantov´ e) ´ uˇ cinnosti. 2. KALIBRACE POMOC´ I RADIOLUMINISCEN ˇ CN´ ICH SV ˇ ETELN ´ YCH ZDROJ ˚ U Bˇ eˇ zn´ yzp ˚ usob kalibrace svˇ eteln´ ych detektor˚ u spoˇ c´ ıv´ a v pouˇ zit´ ı kalibrovan´ ych zdroj˚ u osvˇ etlen´ ı, nejˇ castˇ eji wolframov´ ych halogenov´ ych lamp [2]. Pouˇ zit´ ıt ˇ echto zdroj˚ u s sebou nese ovˇ sem celou ˇ radu omezen´ ı, jako jsou napˇ r. n´ ızk´ aˇ zivotnost, potˇ reba stabiln´ ıch kalibrovan´ ych zdroj˚ u napˇ et´ ı a zejm´ ena pak nutnost ˇ cast´ e rekalibrace. Pro mnoho pracoviˇ st ’je tedy snaha o kalibraci detekˇ cn´ ıch aparatur pˇ r´ ıliˇ s komplikovan´ aan ´ akladn´ aavev ´ ysledku na ni pak ˇ casto rezignuj´ ı. Zaj´ ımavou alternativu oproti tˇ emto standardn´ ım term´ aln´ ım zdroj˚ um proto pˇ redstavuj´ ı zdroje radioluminiscenˇ cn´ ı. Jedn´ ase osv ˇ eteln´ ez ´ aˇ riˇ ce vyuˇ z´ ıvaj´ ıc´ ı luminiscence zp˚ usoben´ e excitac´ ı atom˚ u ionizuj´ ıc´ ım z´ aˇ ren´ ım generovan´ ym rozpadem nˇ ekter´ eho radionuklidu. Typick´ ym pˇ r´ ıkladem takov´ eho z´ aˇ riˇ ce je tzv. GTLS zdroj (gaseous tritium light source), kter´ y vyuˇ z´ ıv´ a tritia, radioaktivn´ ıho izotopu vod´ ıku v plynn´ e formˇ e. Tento slab´ y a relativnˇ e bezpeˇ cn´ y beta z´ aˇ riˇ c, jehoˇ z poloˇ cas rozpadu je zhruba 12,32 let, pak indukuje luminiscenci v luminoforu (nejˇ castˇ eji sulfid zineˇ cnat´ y, ZnS) nanesen´ em na vnitˇ rn´ ı stranˇ e kapsle z borosilik´ atov´ eho skla, v n´ ıˇ z je uzavˇ ren. Dlouhodob´ a stabilita fotonov´ eho toku (dan´ avest ˇ redn´ ı hodnotˇ e predikovateln´ ym radioaktivn´ ım rozpadem), relativnˇ e dlouh´ a doba ˇ zivota, kompaktn´ ı rozmˇ ery, absence nap´ ajen´ ıa v neposledn´ ıˇ radˇ ein ´ ızk´ epo ˇ rizovac´ ı a provozn´ ın ´ aklady pak pˇ redurˇ cuj´ ı pouˇ zit´ ı takov´ ych zdroj˚ u jako radiometrick´ ych standard˚ u. Velice podrobn´ y popis GTLS z´ aˇ riˇ ce, vˇ cetnˇ e jeho pouˇ zit´ ı pro kalibraci obrazov´ ych senzor˚ u, je uveden v ˇ cl´ anku [3], kde se autoˇ ri vˇ enuj´ ı nejen charakterizaci vlastn´ ıho zdroje, ale i n´ avrhu konkr´ etn´ ıho kalibraˇ cn´ ıho uspoˇ r´ ad´ an´ ıv ˇ cetnˇ e vlastn´ ı kalibrace. Vˇ c´ asti vˇ enuj´ ıc´ ı se kalibraci kamer se nicm´ enˇ e zab´ yvaj´ ı prim´ arnˇ e kalibrac´ ı zisku a temn´ ych detekˇ cn´ ıch ud´ alost´ ı, zat´ ımco o kalibraci detekˇ cn´ ı´ uˇ cinnosti se zmiˇ nuj´ ı pouze okrajovˇ e, jelikoˇ zta vyˇ zaduje poˇ c´ ateˇ cn´ ı kalibraci z´ aˇ riˇ ce. Tu je pochopitelnˇ emo ˇ zn´ e prov´ est standardn´ ım zp˚ usobem, jak´ ym se kalibruj´ ıji ˇ zzm ´ ınˇ en´ e term´ aln´ ı zdroje, nicm´ enˇ e existuje mnohem sofistikovanˇ ejˇ s´ ıa pˇ resnˇ ejˇ s´ ızp ˚ usob zaloˇ zen´ y na detekci p´ arov´ ych optick´ ych pol´ ı. 3. KALIBRACE VYU ˇ Z´ IVAJ´ IC´ I DETEKCE P ´ AROV ´ YCH POL´ I P´ arov´ ymi poli rozum´ ıme optick´ a pole sest´ avaj´ ıc´ ı pouze z jednotliv´ ych fotonov´ ych p´ ar˚ u. Typick´ ym zdrojem takov´ ych pol´ ıje parametrick´ y proces sestupn´ e frekvenˇ cn´ ı konverze (SPDC), kde doch´ az´ ı ve vhodn´ em neline´ arn´ ım prostˇ red´ ı k rozpadu ˇ cerpac´ ıho fotonu na fotonov´ yp ´ ar [4]. Takov´ y proces mus´ ıp ˇ rirozenˇ e vyhovovat z´ akon˚ um zachov´ an´ ı, kter´ e pak pˇ redurˇ cuj´ ı frekvence a smˇ ery ˇ s´ ıˇ ren´ ı generovan´ ych foton˚ u. V d˚ usledku vlastnost´ ı tohoto procesu vykazuj´ ı jednotliv´ e fotony z kaˇ zd´ eho p´ aru, velmi siln´ e neklasick´ e korelace, tzv. entanglement. Pro potˇ reby radiometrick´ e kalibrace je z´ asadn´ ı fakt, ˇ ze fotony jsou generov´ any vˇ zdy souˇ casnˇ e, tj. v p´ arech. Historicky se jednotliv´ e fotony tvoˇ r´ ıc´ ı fotonov´ yp ´ ar (svazky, jimiˇ zseˇ s´ ıˇ r´ ı) naz´ yvaj´ ı sign´ alov´ y a jalov´ y. Vlastn´ ı kalibrace pomoc´ ı fotonov´ ych p´ ar˚ u je zaloˇ zena na jednoduch´ em principu uveden´ em v [5]. Detekuje-li detektor foton v sign´ alov´ em svazku, je pˇ r´ ıtomen foton i v jalov´ em svazku. Jalov´ y detektor je tedy v tomto pˇ r´ ıpadˇ e kalibrovan´ y s jednotkovou pravdˇ epodobnost´ ı. Pro velk´ ypo ˇ cet opakov´ an´ ı pak m˚ uˇ zeme definovat vztah pro kvantovou ´ uˇ cinnost detektoru ve tvaru ηi,s=msmi/ms,i, kde v´ yraz v ˇ citateli pˇ redstavuje poˇ cet tzv. koincidenc´ ı, tj. souˇ casn´ ych detekˇ cn´ ıch ud´ alost´ ı v obou svazc´ ıch, zat´ ımco v´ yraz ve jmenovateli je stˇ redn´ ıpo ˇ cet detekˇ cn´ ıch ud´ alost´ ı v jednom svazku. Indexy i, s pak popisuj´ ı jednotliv´ esvazky,ijep ˇ riˇ razen jalov´ emu (z anglick´ eho idler) svazku, zat´ ımco s pˇ redstavuje sign´ alov´ y svazek. Pˇ redchoz´ ıp ˇ r´ ıstup je vˇ sak zˇ rejmˇ e platn´ y pouze v ide´ aln´ ım pˇ r´ ıpadˇ e, kdy detekovan´ e optick´ e pole je skuteˇ cnˇ e striktnˇ e p´ arov´ e.Vre ´ aln´ e situaci se ovˇ sem stˇ ret´ av´ ame se skuteˇ cnost´ ı, kdy je v obou svazc´ ıch pˇ r´ ıtomna jist´ a´ uroveˇ n jednofotonov´ eho ˇ sumu. Avˇ sak tento pˇ r´ ıpad vyˇ zaduje mnohem sofistikovanˇ ejˇ s´ ıp ˇ r´ ıstup zaloˇ zen´ ynam ˇ eˇ ren´ ı sdruˇ zen´ eho fotopulzn´ ıho rozdˇ elen´ ı [6]. Toto experiment´ aln´ ı rozdˇ elen´ ı je pak aproximov´ ano vhodn´ ym teoretick´ ym modelem. V´ ysledkem takov´ eho teoretick´ eho proloˇ zen´ ı jsou nejen parametry jednotliv´ ych p´ arov´ ych a ˇ sumov´ ych pol´ ı, ale rovnˇ eˇ z i hledan´ e detekˇ cn´ ı´ uˇ cinnosti. Kompletn´ ı popis takov´ e kalibraˇ cn´ ı techniky je uveden v [7, 8]. Pˇ redchoz´ ı kalibraˇ cn´ ı technika, aˇ ckoli poskytuje velmi 222 11 - 12 /202 5 pˇ resnou absolutn´ ı kalibraci detekˇ cn´ ı´ uˇ cinnosti, pˇ redstavuje znaˇ cnou obt´ ıˇ z zejm´ ena z experiment´ aln´ ıho pohledu. Prvnˇ eje tˇ reba realizovat vhodn´ y zdroj fotonov´ ych p´ ar˚ u, n´ aslednˇ eje vyˇ zadov´ ano znaˇ cn´ e mnoˇ zstv´ ım ˇ eˇ ren´ ı, jelikoˇ zm ˇ eˇ ren´ y histogram mus´ ıb ´ yt pro potˇ reby n´ asledn´ eho zpracov´ an´ ız ´ ısk´ an s dostateˇ cnˇ e mal´ ymi nejistotami. Takov´ am ˇ eˇ ren´ ı mohou prob´ ıhat v ˇ r´ adu hodin aˇ zdn ´ ı, coˇ zp ˇ rin´ aˇ s´ ı dalˇ s´ ıv ´ yzvy zejm´ ena z pohledu stability cel´ eho uspoˇ r´ ad´ an´ ı. Z´ ıskan´ a experiment´ aln´ ı data je pak tˇ reba aproximovat definovan´ ym teoretick´ ym modelem, coˇ z zpravidla vyˇ zaduje pouˇ zit´ ıv´ ypoˇ cetnˇ en ´ aroˇ cn´ ych iterativn´ ıch algoritm˚ u vyuˇ z´ ıvaj´ ıc´ ıch metody maxim´ aln´ ıv ˇ erohodnosti [9]. 4. TRANSFER ABSOLUTN´ I KALIBRACE Zp ˇ redchoz´ ıch odstavc˚ u tedy vypl´ yv´ a, ˇ ze optim´ aln´ ı kalibraˇ cn´ ı strategie by mohla b´ yt zaloˇ zena na kombinaci obou zm´ ınˇ en´ ych metod. Robustn´ ı absolutn´ ı kalibrace zaloˇ zen´ a na rekonstrukci p´ arov´ ych pol´ ı bude pouˇ zita pro poˇ c´ ateˇ cn´ ı kalibraci fotonov´ eho toku radioluminiscenˇ cn´ ıho z´ aˇ riˇ ce, kter´ y bude moˇ zn´ e posl´ eze vyuˇ z´ ıt pro kalibraci dalˇ s´ ıch detektor˚ u bez nutnosti prov´ adˇ et dlouhotrvaj´ ıc´ ı komplikovan´ am ˇ eˇ ren´ ı. Takto kalibrovan´ y zdroj je nav´ ıc moˇ zn´ e velmi snadno sd´ ılet mezi laboratoˇ remi, coˇ z d´ ale sniˇ zuje celkov´ en ´ aklady na experiment´ aln´ ı vybaven´ ı jednotliv´ ych pracoviˇ st ’. Tento pˇ r´ ıstup nav´ ıc umoˇ zˇ nuje kalibraci detektor˚ u, kter´ ezr ˚ uzn´ ych d˚ uvod˚ u absolutn´ ı kalibraci pomoc´ ı fotonov´ ych p´ ar˚ u nedovoluj´ ı, napˇ r. neposkytuj´ ı rozliˇ sen´ ıvpo ˇ ctu foton˚ u apod. Obr. 1 Sch´ ema experiment´ aln´ ıho uspoˇ r´ ad´ an´ ı pro mˇ eˇ ren´ ı fotopulzn´ ıho rozdˇ elen´ ıp ´ arov´ ych pol´ ı (a) vˇ cetnˇ e typick´ eho sn´ ımku z kamery obsahuj´ ıc´ ıho jednotliv´ e detekˇ cn´ ıud ´ alosti (b) a v´ ysledn´ eho sdruˇ zen´ eho 2D histogramu z´ ıskan´ eho z celkov´ eho poˇ ctu 1,24 ×106sn´ ımk˚ u. THG: gener´ ator tˇ ret´ ı harmonick´ e, HWP: p˚ ulvlnn´ a destiˇ cka, PBS: polariz´ ator, BBO: β-BaB2O4neline´ arn´ ı krystal, iCCD: intenzifikovan´ a CCD kamera, cs,i:po ˇ cty sign´ alov´ ych, resp. jalov´ ych fotoelektron˚ u. Pro praktickou demonstraci zm´ ınˇ en´ eho postupu lze vyuˇ z´ ıt data z´ ıskan´ a z experiment´ aln´ ıho uspoˇ r´ ad´ an´ ı jehoˇ z sch´ ema je uvedeno v obr. 1. Podrobn´ y popis experimentu je pak uveden napˇ r. v [1]. ˇ Cerpac´ ı svazek, z´ ıskan´ y z gener´ atoru tˇ ret´ ı harmonick´ e frekvence vyuˇ z´ ıvaj´ ıc´ ı pole fundament´ aln´ ı frekvence femtosekundov´ eho laseru, je v´ ykonovˇ e stabilizov´ an pomoc´ ı kombinace p˚ ulvlnn´ e destiˇ cky a polariz´ atoru, naˇ ceˇ zˇ cerp´ a parametrick´ y proces v neline´ arn´ ım krystalu. ˇ C´ ast pole generovan´ ehovku ˇ zelov´ e ploˇ se je detekov´ ana kamerou pˇ r´ ımo, zat´ ımco konjugovan´ aˇ c´ ast po odraze na zrcadle. V tomto konkr´ etn´ ım pˇ r´ ıpadˇ e je detektorem intenzifikovan´ a CCD (iCCD) kamera. Spektr´ aln´ ı a prostorov´ aˇ s´ ıˇ rka detekovan´ ych svazk˚ u je pak omezena pomoc´ ı interferenˇ cn´ ıho filtru. Sign´ aln´ ı a jalov´ y svazek jsou tedy detekov´ any iCCD kamerou v r˚ uzn´ ych ˇ c´ astech fotokatody. T´ ımto zp˚ usobem je moˇ zn´ e experiment´ alnˇ e generovat histogram f(cs,c i)reprezentuj´ ıc´ ı pravdˇ epodobnost souˇ casn´ e detekce csacifotoelektron˚ u v sign´ alov´ em a jalov´ em svazku. V´ ysledn´ e detekˇ cn´ ı ´ uˇ cinnosti ηs,ηipak z´ ısk´ ame minimalizac´ ı odchylek teoretick´ eho fotopulzn´ ıho rozdˇ elen´ ıpc(cs,c i)a experiment´ aln´ ıho histogramu f(cs,c i): D=    ∞  cs,ci=0 [pc(cs,c i)−f(cs,c i)]2.(1) Podrobn´ y popis teoretick´ eho modelu vedouc´ ıho k veliˇ cinˇ epcje podrobnˇ e uveden napˇ r. v [1]. Hodnoty takto z´ ıskan´ ych detekˇ cn´ ıch ´ uˇ cinnost´ ı v tomto konkr´ etn´ ım pˇ r´ ıpadˇ eˇ cin´ ı 0,243±0,05 pro sign´ aln´ ı, resp. 0,235±0,05 pro jalov´ y svazek. Rozd´ ıln´ e hodnoty jsou pak d˚ usledkem celkov´ e geometrie experimentu, kdy z´ ıskan´ a detekˇ cn´ ı´ uˇ cinnost pˇ redstavuje celkovou pravdˇ epodobnost detekce fotonu vˇ cetnˇ e propagace experiment´ aln´ ım uspoˇ r´ ad´ an´ ım. 0 16 32 48 64 80 96 112 128 Relativní četnost 0 16 32 48 64 80 96 112 128 ADU 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 Relativní četnost 990 1000 1010 1020 1030 1040 ADU Pozadí Signál (a) (b) Obr. 2 Typick´ y akumulovan´ ysn ´ ımek z iCCD kamery osvˇ etlen´ e GTLS zdrojem (a) vˇ cetnˇ ev ´ ysledn´ eho histogramu ˇ sumov´ ych a sign´ alov´ ych sn´ ımk˚ u (b). S takto kalibrovan´ ym detektorem je pak moˇ zn´ e kalibrovat vlastn´ ı radioluminiscenˇ cn´ ız ´ aˇ riˇ c a ten pak pouˇ z´ ıt jako radiometrick´ y standard. Typick´ y akumulovan´ ysn ´ ımek z iCCD kamery osv´ ıcen´ et ´ ımto z´ aˇ riˇ cem je uveden v obr. 2 vˇ cetnˇ e celkov´ eho histogramu z CCD ˇ cipu kamery. Anal´ yza obrazov´ ych dat prob´ ıh´ a identicky jako v pˇ r´ ıpadˇ e detekce p´ arov´ ych pol´ ı, nyn´ ıji ˇ zv ˇ sak bez rozliˇ sen´ ı na sign´ alov´ y a jalov´ y svazek. Zpracov´ an´ ı hrub´ ych dat je pak z´ avisl´ ena konkr´ etn´ ı konstrukci kamery. Pro iCCD kamery prob´ ıh´ a typicky vn ˇ ekolika kroc´ ıch. Od kaˇ zd´ eho sign´ alov´ eho sn´ ımku se nejprve odeˇ cte pr˚ umˇ ern´ ysn ´ ımek pozad´ ı, ˇ c´ ımˇ zsem ˇ eˇ ren´ ı oprav´ ına pˇ r´ ıpadn´ e nehomogenity v odezvˇ e senzoru kamery. Takto opraven´ esn ´ ımky se n´ aslednˇ e ,,zaprahuj´ ı“, kdy hodnota prahu reflektuje ˇ s´ ıˇ rku rozdˇ elen´ ıˇ sumu pozad´ ı. V´ ysledn´ a kvantov´ a´ uˇ cinnost je tedy ve v´ ysledku d´ ana kombinac´ ı jak samotn´ eho zes´ ılen´ ı kamery, tak i jej´ ıch ˇ sumov´ ych vlastnost´ ı. V ,,zaprahovan´ ych“ sn´ ımc´ ıch pak lze identifikovat vlastn´ ı detekˇ cn´ ıud ´ alosti, kter´ e jsou v d˚ usledku konstrukce iCCD kamer ˇ casto rozprostˇ ren´ ep ˇ res nˇ ekolik sousedn´ ıch pixel˚ u (viz obr. 1b). Z cel´ es ´ erie mˇ eˇ ren´ ı pak z´ ısk´ ame stˇ redn´ ıpo ˇ cet detekˇ cn´ ıch ud´ alost´ ı, kter´ e pak m˚ uˇ zeme 223 11-12/2025 snadno porovnat s oˇ cek´ avanou intenzitou z´ aˇ riˇ ce a z´ ıskat tak vlastn´ ı detekˇ cn´ ı´ uˇ cinnost kamery. 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 Detekční účinnost PCI VIS USB VIS USB IR PI-MAX 0.0e0 5.0e4 1.0e5 1.5e5 2.0e5 2.5e5 Počet detekcí 0 100 200 300 400 500 600 700 Relativní čas (dny) PCI VIS USB VIS USB IR PI-MAX (a) (b) Obr. 3 Porovn´ an´ ı detekˇ cn´ ıch ´ uˇ cinnost´ ır ˚ uzn´ ych jednofotonov´ ych kamer (a) vˇ cetnˇ e poklesu intenzity z´ aˇ riˇ ce za delˇ s´ ıˇ casov´ y´ usek (b). Pln´ a ˇ c´ ara pˇ redstavuje v´ ysledky mˇ eˇ ren´ ı, ˇ c´ arkovan´ aˇ c´ ara oˇ cek´ avan´ y pokles odpov´ ıdaj´ ıc´ ı poloˇ casu rozpadu tritia. V´ ysledn´ e detekˇ cn´ ıud ´ alosti, z´ ıskan´ e transferem absolutn´ ı kalibrace pomoc´ ıp ´ arov´ ych pol´ ı, jsou uvedeny v grafu v obr. 3. Celkovˇ e byly pouˇ zity ˇ ctyˇ ri r˚ uzn´ e iCCD kamery: Andor DH73418F-63-9FO, kamera s extern´ ı digitalizaˇ cn´ ı jednotkou (PCIVIS), Andor DH334T-18U-63, alternativn´ ı verze pˇ redchoz´ ı kamery s integrovan´ ym digitiz´ erem (USB-VIS), Andor DH334T18U-73, identick´ a verze s katodou intenzifik´ atoru optimalizovanou pro infraˇ cervenou oblast (USB-IR) a Princeton Instruments PI-MAX PM4-1024f-HB-FG-18-P43-CM, iCCD kamera konkurenˇ cn´ ıho v´ yrobce se sn´ ıˇ zen´ ym vyˇ c´ ıtac´ ım ˇ sumem (PI-MAX). Z grafu jsou pak patrn´ e detekˇ cn´ ı´ uˇ cinnosti jednotliv´ ych kamer. Minim´ aln´ ı´ uˇ cinnosti podle oˇ cek´ av´ an´ ı dosahuje kamera optimalizovan´ a pro infraˇ cervenou oblast, maxim´ aln´ ı pak kamera se sn´ ıˇ zen´ ym vyˇ c´ ıtac´ ım ˇ sumem, kter´ a umoˇ zˇ nuje niˇ zˇ s´ ı´ uroveˇ n ,,prahov´ an´ ı“. Obˇ e verze kamer Andor pak dosahuj´ ı podobn´ ych hodnot ´ uˇ cinnosti s mal´ ym rozd´ ılem ve prospˇ ech PCI verze dan´ eop ˇ et niˇ zˇ s´ ım vyˇ c´ ıtac´ ım ˇ sumem extern´ ıho digitiz´ eru. Vobr. 3 je souˇ casnˇ e uveden graf zobrazuj´ ıc´ ı pokles intenzity z´ aˇ riˇ ce v d˚ usledku radioaktivn´ ıho rozpadu. Z grafu nicm´ enˇ e vypl´ yv´ a, ˇ ze pokles z´ ıskan´ ym ˇ eˇ ren´ ım je vyˇ sˇ s´ ıne ˇ z pokles pˇ redpokl´ adan´ yˇ cistˇ enaz ´ akladˇ e vlastn´ ıho rozpadu. Existuje d˚ uvod se domn´ ıvat, ˇ ze tento systematick´ y pokles je prim´ arnˇ e zp˚ usoben degradac´ ı luminoforu a pˇ redstavuje hlavn´ ı omezen´ ı pro potˇ reby rekalibrace z´ aˇ riˇ ce [10]. 5. Z ´ AV ˇ ER Kalibrace obrazov´ ych senzor˚ u vykazuj´ ıc´ ı jednofotonovou citlivost je komplikovan´ az ´ aleˇ zitost prim´ arnˇ e z toho d˚ uvodu, ˇ ze vyˇ zaduje kalibrovan´ y zdroj osvˇ etlen´ ı s velmi n´ ızkou intenzitou. Existuje vˇ sak robustn´ ı alternativa v podobˇ e absolutn´ ı kalibrace pomoc´ ıp ´ arov´ ych optick´ ych pol´ ı. Tato metoda ovˇ sem vyˇ zaduje komplikovan´ e experiment´ aln´ ı uspoˇ r´ ad´ an´ ı, velmi dlouh´ e doby mˇ eˇ ren´ ı a v neposledn´ ıˇ radˇ eiv ´ ypoˇ cetnˇ en ´ aroˇ cnou rekonstrukci detekovan´ eho pole. To omezuje pouˇ zit´ ıt ˇ echto pokroˇ cil´ ych metod na specializovan´ a optick´ a pracoviˇ stˇ e. Jako kompromisn´ ıˇ reˇ sen´ ısenab ´ ız´ ı transfer absolutn´ ı kalibrace pomoc´ ı radioluminiscenˇ cn´ ıch z´ aˇ riˇ c˚ u. V´ yhoda takov´ eho ˇ reˇ sen´ ı spoˇ c´ ıv´ avmo ˇ znosti velmi pˇ resn´ e kalibrace cel´ eˇ rady dalˇ s´ ıch detektor˚ u, ˇ ci jejich provozn´ ıch reˇ zim˚ u, bez nutnosti komplikovan´ ych mˇ eˇ ren´ ı, jakoˇ zimo ˇ znost sd´ ılen´ ı lehce pˇ renosn´ eho zdroje mezi laboratoˇ remi. Hlavn´ ı omezen´ ıp ˇ ri pouˇ zit´ ı radioluminiscenˇ cn´ ıch z´ aˇ riˇ c˚ u pak pˇ redstavuje degradace luminoforu, kter´ a zp˚ usobuje rychlejˇ s´ ı pokles intenzity z´ aˇ riˇ ce v˚ uˇ ci oˇ cek´ avan´ emu poklesu zp˚ usoben´ emu vlastn´ ım radioaktivn´ ım rozpadem. Tento efekt je tˇ reba zohlednit pˇ ri stanoven´ ı vhodn´ eho intervalu rekalibrace z´ aˇ riˇ ce. Na ´ upln´ yz ´ avˇ er dodejme, ˇ ze v posledn´ ı dobˇ esm ˇ eˇ ruje znaˇ cn´ a pozornost ke zpracov´ an´ ı obrazov´ ych dat z kamer prostˇ rednictv´ ım metod strojov´ eho uˇ cen´ ı. Vhodnˇ enavr ˇ zen´ e modely dok´ aˇ z´ ı velmi ´ uˇ cinnˇ e parametrizovat celou ˇ radu re´ aln´ ych ´ uloh, jako jsou zde zm´ ınˇ en´ e rekonstrukce detekovan´ ych pol´ ı, vˇ cetnˇ e odhadu konkr´ etn´ ıch parametr˚ u (napˇ r. pr´ avˇ e detekˇ cn´ ıch ´ uˇ cinnost´ ı), aˇ z po stanoven´ ı komplexn´ ıch metrik optick´ ych pol´ ı (napˇ r. m´ ıry neklasiˇ cnosti), jejichˇ z kvantifikace je znaˇ cnˇ e obt´ ıˇ zn´ a av ´ ypoˇ cetnˇ en ´ aroˇ cn´ a [11]. Pˇ restoˇ ze pouˇ zit´ ıt ˇ echto metod pˇ rin´ aˇ s´ ı netrivi´ aln´ ım ´ ıru sloˇ zitosti, zejm´ ena s ohledem na poˇ c´ ateˇ cn´ ın´ avrh modelu a jeho n´ asledn´ ytr ´ enink, metody umoˇ zˇ nuj´ ız ´ ıskat vˇ ernou charakterizaci zkouman´ ych syst´ em˚ u. Autoˇ ri dˇ ekuj´ ı projektu ITI CZ.02.01.01/00/23 021/0008790 Ministerstva ˇ skolstv´ ı, ml´ adeˇ zeat ˇ elov´ ychovy ˇ Cesk´ e republiky a Evropsk´ e unii. ˇ Cl´ anek byl publikov´ an pod licenc´ ı CC BY 4.0. REFERENCE [1] O. Haderka, J. Peˇ rina Jr., and M. Hamar. Simple direct measurement of nonclassical joint signal-idler photon-number statistics and correlation area of twin photon beams. J. Opt. B: Quantum Semiclass. Opt., 7:S572—S576, 2005. [2] J. Hollandt, J. Seidel, R. Klein, G. Ulm, A. Migdall, and M. Ware. 5. primary sources for use in radiometry. In A.C. Parr, R.U. Datla, and J.L. Gardner, editors, Optical Radiometry, volume 41 of Experimental Methods in the Physical Sciences, pages 213–290. Academic Press, 2005. [3] D. McFadden, B. Amos, and R. Heintzmann. Quality control of image sensors using gaseous tritium light sources. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 380(2220):20210130, 2022. [4] D.C. Burnham and D.L. Weinberg. Observation of simultaneity in parametric production of optical photon pairs. Phys. Rev. Lett., 25:84—87, 1970. [5] A. Migdall. Correlated-photon metrology without absolute standards. Physics Today, 52:41—46, 1999. [6] J. Peˇ rina Jr., O. Haderka, V. Mich´ alek, and M. Hamar. State reconstruction of a multimode twin beam using photodetection. Phys. Rev. A, 87:022108, 2013. [7] J. Peˇ rina Jr., O. Haderka, M. Hamar, and V. Mich´ alek. Absolute detector calibration using twin beams. Opt. Lett., 37:2475—2477, 2012. [8] J. Peˇ rina Jr., O. Haderka, A. Allevi, and M. Bondani. Absolute calibration of photon-number-resolving detectors with an analog output using twin beams. Applied Physics Letters, 104(4):041113, 2014. [9] J. Peˇ rina Jr., M. Hamar, V. Mich´ alek, and O. Haderka. Photon-number distributions of twin beams generated in spontaneous parametric down-conversion and measured by an intensified CCD camera. Phys. Rev. A, 85:023816, 2012. [10] H.C. Swart. A review on zns phosphor degradation. In A. Leitch and R. Botha, editors, CONFERENCE ON PHOTO-RESPONSIVE MATERIALS, PROCEEDINGS, pages 2354—2359, 2004. [11] R. Machulka, J. Peˇ rina Jr., V. Mich´ alek, R. Le´ on-Montiel, and O. Haderka. Revealing nonclassicality of multiphoton optical beams via artificial neural networks. Phys. Rev. Appl., 22:034048, 2024. 224 11 - 12 /2025 Mgr. Radek Machulka, Ph.D., tel: +420 585 63 1692, e-mail: [email protected] Ing. Bc. V´ aclav Mich´ alek, Ph.D., tel: +420 585 63 1510, e-mail: vaclav[email protected] prof. RNDr. Ondˇ rej Haderka, Ph.D., tel: +420 585 63 1511, e-mail: [email protected] prof. RNDr. Jan Peˇ rina, Jr, Ph.D., tel: +420 585 63 1509, e-mail: [email protected] Spoleˇ cn´ a laboratoˇ r optiky Univerzity Palack´ eho a Fyzik´ aln´ ıho ´ ustavu Akademie vˇ ed ˇ Cesk´ e republiky, Pˇ r´ ırodovˇ edeck´ a fakulta, Univerzita Palack´ eho, tˇ r´ ıda 17. listopadu 50A, 772 07 Olomouc Jedn´ aseov ˇ edeck´ yˇ cl´ anek Nobelova cena za fyziku 2025 1REHORYXFHQX]DI\]LNXYURFHXGČORYDQRX.UiORYVNRX ãYpGVNRXDNDGHPLtYČG.XQJOLJD9HWHQVNDSVDNDGHPLHQ]tVNDOL %ULWJohn Clarke8QLYHUVLW\RI&DOLIRUQLD%HUNHOH\86$)UDQcouz Michel H. Devoret<DOH8QLYHUVLW\1HZ+DYHQ&RQQHFWLFXW 86$D8QLYHUVLW\RI&DOLIRUQLD6DQWD%DUEDUD86$D$PHULþDQ John M. Martinis8QLYHUVLW\RI&DOLIRUQLD6DQWD%DUEDUD86$ D4RODE/RV$QJHOHV&DOLIRUQLD86$]DÄREMHYPDNURVNRSLFNpKRNYDQWRYpKRWXQHORYiQtDNYDQWRYiQtHQHUJLHYHOHNWULFNpP REYRGX³YDQJOLþWLQČÄIRUWKHGLVFRYHU\RIPDFURVFRSLFTXDQWXP PHFKDQLFDOWXQQHOOLQJDQGHQHUJ\TXDQWLVDWLRQLQDQHOHFWULFFLUFXLW³ >@2EHFQČVHXVX]XMHåHREMHY\SRGREQpKRGUXKXVHPRKRXSRGtOHWQDYêYRMLVOLEQêFKNYDQWRYêFKWHFKQRORJLtPH]LQČåSRþtWiPH QDSĜtNODGNYDQWRYpSRþtWDþHVHQ]RU\DNU\SWRJUDILL -RKQ&ODUNHVHQDURGLOYURFH Y&DPEULGJHYH9HONp %ULWiQLLYURFH]tVNDOWLWXO3K'QD8QLYHUVLW\RI&DPEULGJH YH9HONp%ULWiQLL0LFKHO+'HYRUHWVHQDURGLOYURFHY3DĜtåL YH)UDQFLLDWLWXO3K']tVNDOQD8QLYHUVLWp3DULV6XGYH)UDQFLL YURFH-RKQ00DUWLQLVVHQDURGLOYURFHY/RV$QJHOHV&DOLIRUQLD86$DYURFH]tVNDOWLWXO3K'QD8QLYHUVLW\ RI&DOLIRUQLD%HUNHOH\86$ =DIXQGDPHQWiOQtREMHYWURMLFH RFHQČQêFKSRFKi]HMtFt ]SRORYLQ\RVPGHViWêFKOHWVWROHWt>@VHSRNOiGiSURNi]iQt SODWQRVWL]iNRQĤNYDQWRYpPHFKDQLN\QDPDNURVNRSLFNpPV\VWpPX REVDKXMtFtPĜiGRYČGHVHWPLOLDUGHOHNWURQĤ.WRPXSRVORXåLO\ H[SHULPHQW\VHVXSUDYRGLYêPLYRGLþLRGGČOHQêPLWHQNRXL]RODþQt YUVWYRXDRFKOD]HQêPLQDP.(OHNWURG\E\O\IRWROLWRJUDILFN\ Y\WYRĜHQ\QDR[LGL]RYDQpNĜHPtNRYpSRGORåFHEi]RYi]1EDKRUQt ]HVOLWLQ\3E,Q9HOPLWHQNiL]RODþQtQDQRPHWURYiYUVWYD1E2E\OD ]tVNDQiSOD]PRYRXR[LGDFtEi]RYpHOHNWURG\ 9HGOHVWHMQRVPČUQpKR-RVHSKVRQRYDMHYX H[LVWXMH VWĜtGDYê -RVHSKVRQĤYMHY9QČPVWiOpHOHNWULFNpQDSČWtPH]LHOHNWURGDPL]SĤVREtNYDQWRYê WXQHORYêSĜHQRVVXSUDYRGLYêFKHOHNWURQĤ VRSDþQêPLVSLQ\&RRSHURYêFKSiUĤVNU]L]RODQW3ĜHQRVVHGČMH ]DY]QLNXVWĜtGDYpKRSURXGX RIUHNYHQFLYWHUDKHUW]RYp REODVWL SĜtPR~PČUQpQDSČWt,QYHU]Qt-RVHSKVRQĤYMHYY]QLNQHEX]HQtP SĜHFKRGXPLNURYOQQêP]iĜHQtPYQČPVHIUHNYHQFH]iĜHQtNRQYHUWXMHQDVWHMQRVPČUQpQDSČWtSĜHVQpYHOLNRVWLXUþHQp]iNODGQtPL I\]LNiOQtPLNRQVWDQWDPL /DXUHiWL]MLVWLOLåHWDNRYêNYDQWRYêPQRKDOHNWURQRYêREMHNW Y\WYRĜHQêQDSĜHFKRGXPH]LVXSUDYRGLþLY\ND]XMHGLVNUpWQtVWDY\ SRGREQpVWDYĤPHOHNWURQĤYDWRPHFKDOHQDPDNURVNRSLFNp~URYQL DWRVNRKHUHQþQtGRERXĜiGRYČYGHVtWNiFKPLNURVHNXQG -RKQ&ODUNHYUR]KRYRUXVQRYLQiĜLVKURPiåGČQêPLQDR]QiPHQtRXGČOHQt1REHORY\FHQ\SROHWHFKRG]YHĜHMQČQtMHMLFK SUiFHĜHNOÄ-VHPQDSURVWRSĜHNYDSHQQLNG\E\PČQHQDSDGORåH E\WRKOHPRKOREêWQD1REHORYXFHQX0\VOtPåHQiãREMHYMH YMLVWpPVP\VOX]iNODGHPNYDQWRYêFKYêSRþWĤ³DGRGDOåHLNG\å YOHWHFKSUiFLWURMLFHYČGFĤYHGOSĜtVSČYN\GDOãtFKGYRXE\O\ ]FHOD]iVDGQt Reference [1] Nature 646  doi: https://doi.org/10.1038/ d41586-025-03194-2 >@0DUWLQLV-0'HYRUHW0 +&ODUNH-Phys. Rev./HWW 55±doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.55.1543 -DURPtU.ĜHSHOND