强度干涉望远镜阵列的理论和实验研究

Very long baseline Interferometry in optical wavelengths can be realized by using intensity interferometer. With the high angular resolution it provides, optical intensity interferometer enables new frontiers in observational astronomy. However, one difficulty in intensity interferometry is that, due to the quantum statistical property of thermal light, the number of optical photons a telescope collects per coherence time is much less than 1. It limits the ability of optical intensity interferometer to observe faint sources. This projects aims to enhance the efficiency of interferometric imaging via various approaches, including theoretical analysis, numerical simulations and experimental verifications. We propose to increase the signal-to-noise by observing the source in multiple spectral channels. The algorithm for the computation of intensity correlation can also be largely improved. Last but not least, we will study imaging with the third-order coherence, which possibly enables a more robust construction of the object image with higher resolutions. This research, aiming at overcome the limitation of the sensitivity for intensity interferometry, will be essential for opening up more potential offered by the forthcoming new generation of intensity interferometers.

强度干涉仪能实现在可见光波段的甚长基线干涉成像， 提供超高角分辨率， 因此在天文观测上有巨大的应用前景。 由于热光的量子统计性质， 单个望远镜在一个相干时间内收集到的光子数极少， 极大的制约了强度干涉仪对弱源的测量。 本项目拟通过理论分析、数值模拟和实验验证等多种途径，探讨如何提高强度干涉成像的效率。 在光强测量上，我们考虑新的光电探测方式，采用相近的多波段并行测量来增加收集的光通量。 在关联计算上， 我们拟设计更优化的算法，从不同层面降低噪声影响。 在成像机制上，我们将探讨如何利用三阶关联来进一步提升成像质量和分辨率。 这些研究对于提高强度干涉系统的灵敏度，使其满足更广阔的应用需求具有重要意义。

强度干涉仪由于能在可见光波段的提供超高角分辨率， 在天文观测上具有巨大的应用前景。但是其探测的低信噪比成为制约强度关联成像的主要的因素,另一个困境在于其图像的恢复不稳定和不确定性。. 在我们的研究里，首先从实验上实现了真热光的强度关联成像。我们自制了法拉第反常色散光学滤波器，其能将真热光的相干时间拓宽到0.167ns。通过它，我们测到了物体的低信噪比的干涉图样。并将形状简单的物体的像恢复出来。为了解决低信噪比下图像恢复的困境，我们提出了新型的强度相干成像方法，其采用了层叠扫描的探测架构以及我们研制的基于热光二阶关联的层叠相位恢复算法。这一方法极大的提升了强度相干成像的稳定性、效率以及图像质量。本研究从理论分析开始，设计算法，并通过仿真进行验证。最后通过实验研制整个方法的可行性和性能。本项目解决了强度相干成像的两大难题，将从根本上拓展强度干涉仪的应用前景。