1 中国计量大学光学与电子科技学院，浙江 杭州 310018
2 中国电子科技集团有限公司第四十一研究所，山东 青岛 266555
基于N光子纠缠量子成像的分辨率优势，设计了一种通用的多光子纠缠N00N态的超分辨量子成像系统，理论上成像分辨率可实现（-1）倍的增加，成像系统的分辨率得到大幅提升。针对N00N态探测效率过低的问题，利用光学质心测量方法，保留所有探测情况，在不需要所有光子到达空间同一点的情况下，通过光子计数和适当的后处理，实现了任意数量光子下成像分辨率的提高。相较于N光子吸收方案，该方法的理论效率增加了（假设有D个像素）。所提方案可以产生具有高保真度和高稳定性（数天内保持稳定）的N00N态，有利于拓展N00N态的应用范围。所设计的系统在超分辨量子成像领域中具有较好的应用价值。
量子光学 量子成像 超分辨率 N00N态 光学质心测量
北京师范大学物理系 北京市应用光学重点实验室 北京 100875
20世纪90年代, 对于激光泵浦非线性晶体产生的纠缠双光子对之间的空间关联基本物理特征, Klyshko提出了一种有效场的描述方法, 称为超前波(advanced wave)。这样双光子光学的问题容易由传统的单光子光学来理解, 这也是人类认识自然规律的基本方法。但超前波解释成立的前提需要光路传播的脉冲响应函数满足一个基本关系, 本文对该基本关系成立的理论基础进行了讨论。
双光子纠缠态 超前波 脉冲响应函数 量子成像 two-photon entangled state advanced wave impulse response function quantum imaging 量子光学学报
2023, 29(3): 030102
1 重庆邮电大学通信与信息工程学院，重庆 400065
2 移动通信教育部工程研究中心，重庆 400065
为了提高纠缠光量子成像效率，本文采用双步符合计数法快速获取目标成像信息，降低纠缠光量子成像的时间开销。首先，利用透镜和波片组合对激光器产生的泵浦光进行调制，提高周期极化磷酸氧钛钾（PPKTP）晶体自发参量下转换的效率；然后，通过数字微镜器件（DMD）选取测距区域，构造单光子时间脉冲序列差值；其次，利用该差值完成局部符合计数以得到信号和参考光路的延时差；再次，通过控制DMD选取成像区域，对单光子时间脉冲序列进行修正，并利用修正后的序列完成全局符合计数；最后，将符合计数值与灰度值进行映射，得到目标的量子图像。此外，通过与经典量子成像结果相比较，分析了目标距离、测距区域大小和单像素曝光时间对成像结果的影响，同时搭建了实际的量子成像光路以验证本文方法的有效性。
量子纠缠 量子成像 符合计数 数字微镜器件 成像效率 光学学报
2023, 43(20): 2027003
Author Affiliations
Abstract
1 National Laboratory of Solid State Microstructures and College of Engineering and Applied Sciences, Nanjing University, Nanjing 210093, China
2 Research Center for Quantum Sensing, Zhejiang Lab, Hangzhou 310000, China
Discriminating two spatially separated sources is one of the most fundamental problems in imaging. Recent research based on quantum parameter estimation theory shows that the resolution limit of two incoherent point sources given by Rayleigh can be broken. However, in realistic optical systems, there often exists coherence in the imaging light field, and there have been efforts to analyze the optical resolution in the presence of partial coherence. Nevertheless, how the degree of coherence between two point sources affects the resolution has not been fully understood. Here, we analyze the quantum-limited resolution of two partially coherent point sources by explicitly relating the state after evolution through the optical systems to the coherence of the sources. In particular, we consider the situation in which coherence varies with the separation. We propose a feasible experiment scheme to realize the nearly optimal measurement, which adaptively chooses the binary spatial-mode demultiplexing measurement and direct imaging. Our results will have wide applications in imaging involving coherence of light.
quantum metrology quantum imaging partial coherence Chinese Optics Letters
2023, 21(4): 042601
关联成像与传统的成像不同,是光学成像领域中一种新的成像体制,实现了探测与成像的分离。关联成像在雷达成像中拥有广阔的应用前景,为雷达成像的发展提供了新的思路。阐述了实现雷达关联成像中随机辐射场的几种方法,并重点分析其中一种模型。通过改变模型参数,分析了辐射场的变化趋势,研究了信号带宽和目标散射点间距对图像分辨率的影响,研究结果对雷达关联成像系统参数的设置具有一定的参考作用。
成像系统 雷达关联成像 量子成像 随机辐射场
华中光电技术研究所—武汉光电国家实验室, 湖北 武汉 430223
在量子成像中,光源散斑强度的独立性与随机性影响了图像重建的质量,现用的赝热光源是由高斯分布的激光束调制而成。针对反射式量子成像技术中赝热光源的传输特性,结合水体散射理论,研究了重建图像的均方误差与光源光斑强度分布和光斑尺寸的关系,以及对常用的图像重建算法成像质量的影响,针对光强分布不均提出加权平均归一化算法。仿真结果显示,光斑强度分布越均匀成像质量越高,加权平均归一化算法能减小光强分布不均对成像质量的影响。所得结果有助于数字微镜空间光调制器的赝热光源反射式水下量子成像系统中对光源的优化和成像质量的提升。
统计光学 量子成像 赝热光源 光强分布 均方误差 statistical optics quantum imaging pseudo thermal light light intensity distributing mean square error
华中科技大学光学与电子信息学院, 湖北 武汉 430074
水下成像的成像质量受到激光功率和接收器灵敏度的制约，现有的量子成像方式在自由空间中能够获得较传统成像距离更远、清晰度更高的探测图像。结合自由空间中量子成像方式与水体自身特点，提出了赝热光二维二阶关联的反射式水下量子成像方法，通过选取水下成像系统的典型参量进行模拟计算，重构了物体的光强起伏图像，设计并实现了成像实验。实验结果与数值仿真一致，表明可以利用二阶光强度关联的量子成像方式重现水下物体的二维图像。
统计光学 水下成像 数值模拟 后向散射 赝热光
中国科学院上海光学精密机械研究所高密度光存储技术实验室， 上海 201800
采用基于稀疏限制的鬼成像技术(GISC)框架模拟研究了散斑场中散斑强度分布对成像质量的影响以及重建过程中所需要的采样次数与散斑尺寸和目标稀疏性的关系。数值模拟结果表明，光斑强度分布对成像分辨率影响较大，高斯散斑优于相同直径平顶散斑，且高斯分布散斑更适合于实际应用。当散斑尺寸小于图像的分辨率时，所需的采样次数只跟图像的稀疏度有关，而与图像的具体分布方式无关；当散斑尺寸超出目标自身的分辨率时，获得相同成像质量的图像(以较低分辨率图像为准)所需要的采样次数与散斑直径的平方成反比。模拟验证采样次数与目标稀疏性的关系，并给出和验证了具有灰度的自然目标图像的稀疏度计算公式。
量子光学 强度关联成像 压缩感知 测量矩阵
中国科学院上海技术物理研究所空间主动光电技术与系统实验室， 上海 200083
高质量赝热光源的制备是强度关联成像技术中一个非常重要的内容。采用赝热光作为光源是因为一般的热光源相干时间极短，常用的探测器无法响应，且亮度低。利用激光照射旋转的毛玻璃形成的动态散斑作为赝热光源可以解决上述问题，是目前常用的一种方法。提出一种采用液晶光阀(LC-SLM)对激光束进行控制来获得赝热光场的方法。利用该装置产生的赝热光场不仅可以极大程度地模拟真实热光场的热涨落，且光场涨落服从真实热光场所具有的高斯统计分布，更重要的是该系统没有机械转动，光场的时间和空间相干性可以完全分开对待，产生的散斑场结果可以重复，并研究了应用该方法产生的动态散斑场的各种特性。
强度关联成像 赝热光源 液晶光阀 散斑
中国科学院 上海光学精密机械研究所 量子光学重点实验室,上海 201800
高亮度的辐照热光源一定程度上限制了基于经典热光场的强度关联量子成像技术的实验研究和广泛应用。因为一般热光源相干时间极短,且每个相干元胞内光子数少(亮度低),而采用激光照射旋转毛玻璃形成的动态散斑作为赝热光场可以解决上述问题。当采用的是纳秒脉冲激光时,得到的赝热光场除了能极大程度地模拟真实热光场的热涨落,光场涨落服从真实热光场所具有的高斯统计分布以外,另一个最重要的特性是光场涨落的测量不受光电探测系统有限通频带的限制,即使是慢响应探测电路,也能准确地记录光场抖动,即该光场符合交叉谱纯条件。
量子光学 强度关联量子成像 脉冲式赝热光源 散斑 二阶关联函数 交叉谱纯
