光场的强度关联成像及其应用

基于光强度二阶关联函数的"鬼"成像和鬼干涉是近十几年量子信息学、经典光学、图像处理等方面的新交叉学科。由于不受光程中介质扰动的影响，鬼成像在凝聚态物理、生命科学、国防远程探测等领域有广阔的应用前景。拟用纠缠态光和热光研究二阶及高阶鬼成像的理论和实验应用，分析影响对比度和分辨率的光源尺寸、相干长度、光程等因素，以透镜放大和无透镜的方法测得三维样品的图像，并探讨用太阳光实现远程物体的鬼成像。

基于光强度二阶关联函数的"鬼"成像是近十几年量子信息学、经典光学、图像处理等方面的新交叉学科，其光源和原理与传统的成像方法完全不同。由于不需要成像透镜且不受光程中介质扰动的影响，鬼成像在凝聚态物理、生命科学、国防远程探测等领域有广阔的应用前景。. 按照原计划，本项目首先围绕用纠缠双光子对的量子关联成像以及热光高阶关联成像，展开了理论和实验研究，分析影响对比度和分辨率的光源尺寸、相干长度、光程等因素。在实验上取得的主要成果如下：（1）首次以纠缠态光观察到二阶的量子Talbot自成像现象。(2) 首次以赝热光观察到二阶和高阶的分数、次和负Talbot像。（3）发现一种全新的非局域成像方法，称之为correspondence imaging即“对应成像法”，只需根据桶探测器测得的光强涨落分布，对参考探测器拍摄的随机帧图进行选择性的求平均而不需要计算二阶关联函数，便可直接获得物体的正、负图像。它比传统的鬼成像方法简单，图像对比度更高，所需计算时间、存储容量也大大减少。（4）为了演示鬼成像的应用，以赝热光产生随机光场，实现了基于二阶关联的透射式物体的光学相干层析，获得样品的三维信息。上述工作发表于Phys. Rev. Lett.、Phys. Rev. A、Chin. Phys. Lett. 等期刊。. 在本项目申请之后，国外出现两个新研究方向，即计算鬼成像和压缩感知。在计算鬼成像中，对光场进行已知的空间分布调制，则不再需要参考探测器，只需要一个桶探测器和计算机存储的每一帧光场分布图。基于计算机算法的压缩感知方法中，用很少的物体采样帧数就可获得高质量的图像。为了及时跟上国际前沿，除了探讨太阳光的相干特性之外，空间中心很快开始研究压缩感知以及单像素（单个桶探测器）成像，并获得一定的成果，超出原计划，已申请、受理发明专利14项。