- 文献综述
2.1.1鬼成像
鬼成像,也是量子成像,又称关联成像或者双光子成像,上世纪 80 年代,前苏联学者 Klyshko 根据自发参量下转换光子对的纠缠行为,提出鬼成像方案。1995 年,史砚华等人利用自发参量下转换得到的纠缠光子对完成了鬼成像实验。实验中将产生的光分成两道光路,一路为信号光路,放有待成像的物体,另一路为参考光路,不放置任何物体。在信号光路中测量光的强度分布不能得到待成像的像,但是通过记录这两条光路的符合计数却可以得到物体的像。鬼成像理论自提出以来,就引起广泛热议和研究。近年来,由于其可以突破衍射极限和奇特的非定域性质而受到学者的关注。纠缠关联成像实验的实现使得人们在两个独立的空间中传递其中一个空间的物体的信息具有了可行性。其独特的非定域成像方式在军事、天文、医疗以及遥感等领域有巨大的应用前景。在军事上,鬼成像传感器可以使直升机或无人机能获得评估投下的炸弹所造成的破坏程度的图像,可以在硝烟弥漫的战场上辨别敌我。在医学领域方面,可以根据关联成像的高斯透镜成像公式利用X光拍摄透射物体的立体图像。
最初对鬼成像的研究都是基于自由空间的光传输,但在实际应用中,光的传输会受到大气湍流等其他因素的影响,进而物体的成像质量也会受到影响。
在关联成像的实际应用中会受到大气散射的干扰Mie散射是大气散射的主要因素。散射光成为了关联成像的噪声,破坏了物臂和参考臂光场分布的一致性,降低了成像的信噪比。由于赝热光和散射颗粒的相互作用,使得散射光和参考光二阶不相关,关联成像通过二阶关联方法可以去除散射光的影响。
图2.1.1鬼成像的光路结构
2..1.2国内研究现状
在国家自然科学基金、973计划、863计划等项目资助下,国内的很多课题组展开了对鬼成像的研究,取得了一系列的具代表性的成果,简述如下:2005年,中科院物理所的吴令安小组利用空心阴极灯实现了热光源lsquo;鬼rsquo;成像,一直到现在,这也是世界上少有的使用真实热光光源的鬼成像实验。北京师范大学的汪凯戈小组用鹰热光源观察了经典的亚波长双缝干涉。香港的朱诗尧小组对鬼成像的可见度和分辨率进行了定量的研究,比较了热光源和纠缠光场成像的异同。浙江大学的研究人员则理论研究了基于部分相干光场的无透镜强度关联成像。湖南师范大学在国际上率先开展了高阶鬼成像的研究工作。上海交通大学的曾贵华研究组对运动物体的鬼成像做了一些研究中科院物理所的范析研究员最近研究了差分鬼成像。曲阜师范大学研究组在多色鬼成像方面做出来一系列研究成果。中科院上海光机所韩申生小组在鬼成像方面有很多重要成果,例如散射介质中的鬼成像,以及在2013年实现了单像素激光三维相机的原理演示。
华南理工大学程静研究员早在2003年即在中科院上海光机所开始了鬼成像方面的理论研究工作,在国际上首次从经典的统计光学和波动光学角度,理论上证明了非相干光源也能实现非局域成像[L7l,并据此提出了一种用完全非相干光源、不需要使用透镜的实验方案来实现傅立叶变换成像,从而得到物体的衍射图样的方法,这个理论方案已经在实验上得到了验证。此后,华南理工大学程静小组提出了鬼成像的相干模式理论分析,率先开展了大气湍流中的鬼成像理论研究并在去年建立了一个统一描述大气湍流如何影响经典非相干光源鬼成像和鬼衍射的理论框架,随后,该小组完成了光路参数如何影响反射鬼成像质量的研究工作,最近又提出了一种通过光源整形技术来提高鬼成像质量的实验方案。
此外,在国内,还有西安交大、东南大学、华侨大学、北京理工大学、国防科技大学、辽宁大学、北航、南邮等许多研究单位都在开展鬼成像的研究工作,也取得了许多优秀的成果,为鬼成像的发展作出了重要贡献。
