基于热光和量子纠缠光场空间关联的新光学现象的实验研究

本项目研究利用热光场的量子涨落和量子纠缠光场的空间关联性质执行光的干涉、衍射和成像中不同于传统光学的新光学现象。项目的理论意义在于深入理解量子纠缠光场和经典关联光场的物理特征和本质区别，进一步在传统光学问题中展现光的量子本性。另一方面，由于这些光场中多光子关联的非定域特征，可以克服光的经典瑞利衍射极限，提高光刻技术和成像中的分辨率和光学测量的精密度，在统计关联中的相位反演效应可应用于各种光图像变换和图像加密等。这些新现象的奇特性质可用于开辟出传统的光学器件所不具有的特殊的功能，为新的光学应用提供设计思路。

本项目在国家自然科学基金的支持下开展了量子纠缠光源和热光源的双光子关联成像的新光学现象的实验研究, 这些新现象表现出纠缠或关联光子对的非定域特征, 如鬼成像、鬼干涉、亚波长干涉和量子全息等，更新了经典光学描述的光现象的传统观念, 也为开拓新的光信息技术和应用提供了可能. 在项目执行期间, 我们开展和完成的主要实验研究成果有: 在实验上用双光子纠缠源实现了量子全息成像和亚瑞利超分辨成像. 将光学参量信号放大技术引入热光关联成像中,完成了光参量增强的热光鬼成像实验. 用量子纠缠源和热光源实现了双光子劳厄自成像效应. 利用多波长技术提高鬼成像的信噪比和实现彩色物体鬼成像实验. 热光的光子群聚定域化和实现超越亚瑞利分辨极限的实验. 开拓热光鬼成像的若干实际应用的实验: 例如一个纯相位物体的热光无透镜鬼成像, 在非平衡光路中的物体热光无透镜鬼成像,和将热光关联成像运用于图像识别的方案等. 我们还开展了热光的近场和远场空间关联之间的联系、热光关联的类EPR不等式和热光鬼成像中对比度与分辨率关系的普遍证明等基本问题的深入研究, 为正确理解热光关联效应和应用热光鬼成像技术的关键提供依据.