光学参量放大在热光鬼成像中的应用研究

Different from conventional imaging, ghost imaging utilizes intensity correlation measurement of fluctuating light to reconstruct the image of an object. Ghost imaging has potential application in remote sensing. However the optical echo signal carrying the information of the object becomes weak after propagating a long distance which reduces the image quality. In view of this problem, we intend to carry out some deep-going and systematic studies on the application of optical parametric amplification in thermal ghost imaging in this project. Specially, we will firstly introduce spatial filtering system into thermal ghost imaging to analyze the influence of spatial frequency of object light on the image quality. Then we study the correlation properties of stimulated parametric down conversion light seeded with thermal light. Finally, making use of an optical parametric amplifier to amplify the light passed through the object in thermal ghost imaging and introducing the spatial filtering system, we study the influence of the spatial frequency bandwidth of optical parametric amplifier on the quality of ghost image. We hope that our project can provide a theoretical basis and technical support for the amplification of weak echo signal in remote sensing with ghost imaging technique.

鬼成像不同于传统光学成像，它利用光场的涨落性质并通过强度关联测量来重构物体的图像信息。鬼成像在遥感成像等领域具有应用前景，可是经过远距离传输后，加载物体信息的光学回波信号变弱会影响成像质量。针对此问题，本项目拟围绕光学参量放大技术在热光鬼成像中的应用进行深入和系统的研究，具体包括：在热光鬼成像的物光所在光路引入空间滤波系统，分析物光信号空间频率对鬼成像质量的影响；研究注入热光种子的受激参量下转换光的关联机制，然后利用光学参量放大技术对微弱物光信号进行参量增强，融合空间滤波思想研究光学参量放大器的空间频率增益带宽对鬼成像质量的影响，从而为遥感强度关联成像中的微弱光学回波信号增强提供理论依据和技术支持。

在此基金的支持下，我们围绕光学参量放大技术在热光鬼成像中的应用等内容开展了相关研究，具体包括：以赝热光为种子光信号注入光学参量放大器后参量下转换信号光和闲置光的关联机制研究，融合光学参量放大的热光鬼成像研究，桶探测器和点探测器面积、光源偏振度、光源随机调制分布等因素对热光鬼成像质量的影响，时域关联成像，时域热光二阶关联泰尔伯特成像及其应用研究等，研究结果表明注入热光信号的参量下转换的信号光与闲置光之间的关联性质取决于非线性晶体的相位匹配条件而不是取决于热光关联性质，光学参量放大技术可以用于热光鬼成像中微弱物光信号的强度放大，在基于光学参量放大的热光鬼成像中，鬼成像质量不受光学参量放大器增益的空间频率带宽的支配与调控；在一定条件下，光源的偏振度、探测器面积等因素对热光成像质量影响不大；基于空间-时间对偶性，类似于空域中的热光关联，也可以实现基于一阶光场关联的时域成像以及基于热光关联的时域泰尔伯特成像，从而可将热光场强度关联用于无需额外色散补偿条件下的周期性光脉冲信号远距离传输及脉冲重复频率倍增，这些结果有助于促进热光关联在远距离成像、遥感成像等领域的应用。