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        量子成像
        發布時間:2013-11-22 13:54:34 點擊瀏覽:

          量子成像是利用量子糾纏現象發展起來的一種新的成像技術。與經典光學成像只能在同一光路得到該物體的像不同,量子成像可以在另一條并未放置物體的光路上再現該物體的空間分布信息。將糾纏光子對的雙光子分別輸入兩個不同的線性光學系統中,在其中一個光學系統(取樣系統)放置待成像的物體,通過雙光子關聯測量,在另一個光學系統(參考系統)中再現物體的空間分布信息。這種現象稱為關聯成像,也叫做鬼成像或符合成像。其所表現出來的奇特性質已經成為近年來量子光學領域研究前沿的熱點問題之一。


        關聯成像示意圖

          最初,人們認為量子糾纏是實現關聯成像的必要條件,后來這種觀點在理論上和實驗上都受到了挑戰。進一步的研究表明,經典關聯也可以模仿量子糾纏的某些性質。隨后,采用贗熱光源和真熱光源的量子成像相繼完成。利用高階關聯的熱光源的關聯成像,為在不同空間位置產生多個成像提供可能性。關聯成像還可以為量子擦除、量子全息攝影術和無鏡共軛成像等方面奠定實驗基礎。
            量子成像利用光學成像和量子信息進行并行處理,與經典成像相比,兩者獲取物體信息的物理機制、理論模型、具體光學系統以及成像效果均不相同。量子成像增加了輻射場空間漲落這一獲取目標圖像及控制圖像質量的新的獨立信息通道。對于限制經典成像的光場的量子漲落這一因素,在量子成像中扮演著獲取目標圖像信息的重要角色。同時,量子成像在成像探測靈敏度、成像系統分辨率、掃描成像速率等方面均可突破經典成像的極限。

          量子成像技術可以使用幾乎任何光源——熒光燈泡、激光甚至太陽,從而避免云、霧和煙等使常規成像技術無能為力的氣象條件的干擾,獲得更為清晰的圖像。目前,紅外探測技術已被廣泛應用于軍事、醫療、救援等各個領域,然而經典成像中物像同處同一空間成為制約高分辨率紅外圖像獲得的因素之一。量子成像技術可以很輕松的解決此類難題。例如,用一束紅外激光對目標對象進行測量,通過使用靈敏的紅外點探測器記錄單個光子的到達時間,而另外一個激光束(頻率成像最優波段)用電子照相機來生成高分辨率的圖像。早在2009年,美國陸軍研究實驗所的量子物理學家羅恩?邁耶斯,在實驗室中完成量子成像實驗后認為,“若干年后,會出現這樣的情景:一名軍人使用一臺量子成像機,透過戰場上的硝煙,辨清敵友,實現精準打擊”。如果將量子成像技術應用于空間遙感領域,將大大降低空間平臺上成像系統的復雜性,特別適合于微小衛星遙感應用。在醫學領域和搜救行動中,經典光學成像只能利用相干X射線才能完成,但量子成像可以采用非相干X射線源,實現納米級分辨率的衍射成像。量子成像有著廣闊的應用前景,將在紅外成像、軍事偵察、航空探測等領域發揮重要的作用。

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