高階量子關聯繫統的光學相干與成像研究

《高階量子關聯繫統的光學相干與成像研究》是依託煙臺大學，由曹德忠擔任項目負責人的專項基金項目。

基本介紹

• 中文名：高階量子關聯繫統的光學相干與成像研究
• 項目類別：專項基金項目
• 項目負責人：曹德忠
• 依託單位：煙臺大學

項目摘要

高階量子關聯繫統是量子信息傳輸的重要組成部分，本項目研究高階量子關聯繫統的光學相干性質和光學鬼成像效應。通過比較量子糾纏和熱光關聯繫統的高階光場關聯性質，設計基於雙縫干涉的原理性方案，研究熱光關聯的量子擦除效應，量子疊加原理和量子互補性原理等量子力學基本問題。研究熱光關聯的雙光子亞波長干涉原理，探討熱光量子刻錄的可行性方案，突破經典光學衍射分辨極限，提高光學刻錄精度。結合圖像分析與處理的數學理論，分析提高鬼干涉和鬼成像探測效率的關鍵因素，為複雜環境條件下高效快速鬼成像方案提供理論基礎。

結題摘要

在熱光關聯的研究中，根據熱光的關聯性質和多光譜獨立性質，研究了無透鏡的熱光雙光子刻錄，超聲光柵的鬼干涉效應和彩色熱光關聯鬼成像。在雙光子量子糾纏的研究中，根據糾纏雙光子的非定域關聯屬性，研究了點探測，相干探測和桶探測三種探測方式下的雙光子量子全息術。 將光源發出的熱光分為相互關聯且偏振垂直的兩束光，利用兩組正交平面鏡分別反轉熱光場波前分布，再將兩束光合併至探測平面進行雙光子測量。測量結果表明雙光子關聯束縛於光束中心，呈現為亞波長的雙光子亮斑，屬於雙光子聚束效應（bunching effect）。這一效應具有兩個明顯的特徵：其一是可提供更為細銳的雙光子亮斑，其二是無需依賴於透鏡。 熱光照明超聲光柵時，在任意距離處均可獲取光柵的鬼衍射圖樣。在經典超聲光柵衍射的實驗中，常需要在一定距離之外，或藉助於傅立葉變換透鏡才能得到較好的干涉條紋。而熱光關聯本身具有傅立葉變換性質，與傳播距離無關，從而解除了測量距離的束縛。 基於RGB三基色原理的彩色熱光關聯鬼成像採用三束（紅綠蘭）雷射入射到毛玻璃上，形成白色贗熱光源。將贗熱光分為兩束，一束被黑白CCD直接接收，作為參考光信號，而另一束照射到一彩色物體，物體反射的RGB光束分別被三個桶探測器（黑白CCD）接收，作為RGB物光信號。物體的三原色信息由RGB物光和參考光的強度關聯分別獲得，再進一步合成為彩色像。 量子糾纏的雙光子具有非定域關聯。我們的糾纏源採用BBO晶體參量下轉換產生的信號光子和閒置光子，研究了糾纏雙光子的量子全息術，在非定域條件下同時記錄物體的振幅和相位信息。實驗上，信號光子自由傳播至探測器，而另一路閒置光子進入Mach-Zehnder（MZ）干涉儀。在MZ干涉儀的兩臂中，其中一臂含有物體，為物光光路，而另一臂為參考光路。在對信號光子和閒置光子的符合計數中得到較為清晰的干涉條紋，記錄下物體的振幅和相位信息。我們提出了三種量子全息的研究方案：點探測，相干探測和桶探測的量子全息，並與經典全息術中點光源，相干光源和熱光源照明下的全息結果進行了比較。