赝热光场的统计特性及其关联成像理论

赝热光源是关联成像的常用光源,相较量子态的纠 缠双光子光源来说,更容易获得并用于进行关联实验。赝热光和纠缠双光子有一定的相似之 处,尤其是在光场的统计特性上,这一点和关联计算密切相关。当量子场为相干态或其经典 随机混合时,量子光场和经典光场在统计特性上完全相同,从而可以采用零均值高斯态对赝 热光场的非相敏传播过程进行完整描述。基于这一模型,可以建立赝热光场的半径典探测理 论,推导参考光路和信号光路光电流的关联计算公式,进而对鬼像的分辨率和对比度以及关 联成像系统的视场进行分析。     

脉冲式赝热光源的实验研究

高亮度的辐照热光源一定程度上限制了基于经典热光场的强度关联量子成像技术的实验研究和广泛应用.因为一般热光源相干时间极短,且每个相干元胞内光子数少(亮度低),而采用激光照射旋转毛玻璃形成的动态散斑作为赝热光场可以解决上述问题.当采用的是纳秒脉冲激光时,得到的赝热光场除了能极大程度地模拟真实热光场的热涨落,光场涨落服从真实热光场所具有的高斯统计分布以外,另一个最重要的特性是光场涨落的测量不受光电探测系统有限通频带的限制,即使是慢响应探测电路,也能准确地记录光场抖动,即该光场符合交叉谱纯条件.     

基于液晶光阀调制的赝热光源制备技术研究

高质量赝热光源的制备是强度关联成像技术中一个非常重要的内容。采用赝热光作为光源是因为一般的热光源相干时间极短,常用的探测器无法响应,且亮度低。利用激光照射旋转的毛玻璃形成的动态散斑作为赝热光源可以解决上述问题,是目前常用的一种方法。提出一种采用液晶光阀(LC-SLM)对激光束进行控制来获得赝热光场的方法。利用该装置产生的赝热光场不仅可以极大程度地模拟真实热光场的热涨落,且光场涨落服从真实热光场所具有的高斯统计分布,更重要的是该系统没有机械转动,光场的时间和空间相干性可以完全分开对待,产生的散斑场结果可以重复,并研究了应用该方法产生的动态散斑场的各种特性。     

基于不同调制方法产生赝热光源的性能比较

在关联成像中,赝热光源的特性对成像质量至关重要。赝热光源的关联特性和关联成像的对比度、信噪比和分辨率密切相关。在其他条件相同的情况下,二阶关联峰值越高,所成关联像的对比度越高,而赝热光源的随机性越好,则成像的信噪比越高。赝热光源的产生有很多方案,近来出现的基于空间光调制器的赝热光源由于其相位可预置性而具有很好的应用前景。本文介绍了利用空间光调制器调相、调幅等不同调制方法产生赝热光源的原理,并通过模拟对比了施加不同的振幅、相位及其混合调制所引起的赝热光源的二阶关联峰值的差异性,对比发现当振幅分布为瑞利分布、相位分布为0~2π均匀分布时,赝热光关联峰值理论可以达到2,此时赝热光源的特性较为理想。     

赝热光的相干时间对鬼成像影响的理论与实验研究

激光照射旋转毛玻璃产生的赝热光是鬼成像中最常用的光源.文章从理论和实验上研究了赝热光的相干时间对鬼成像的质量和成像效率的影响.理论上，首先指出赝热光场的相干性是由毛玻璃的转动引起的，并基于旋转毛玻璃的时空随机特性，推导了赝热光鬼成像的二阶关联函数，得到了关联重构图像的解析表示.结果表明，在满足探测器的曝光时间远小于赝热光相干时间的条件下，鬼图像的表达式中不包含转速，毛玻璃转速对关联重构图像没有影响.其次，分析了鬼成像中涉及的几个时间尺度，探讨了提高成像质量和效率的途径.经分析，探测器的曝光时间要远小于赝热光源的相干时间，采样间隔要尽可能大于相干时间，这保障了在鬼成像中能探测到有效的光场强度涨落，从而能保证成像质量，又提高成像效率.实验上，分别进行了不同毛玻璃转速和不同采样帧率下的鬼成像的对比，结果表明，毛玻璃转速对关联重构图像没有明显的影响，同一相干时间内的多次采样对鬼成像的质量没有明显提升，从而验证了理论的正确性.该研究为鬼成像质量和成像效率的提高提供了新的思路.     

连续变量系统中的纠缠与非局域性

通过场(原子)约化熵、量子相对熵研究了各种双模非经典光场(包括纠缠相干态、对相干态、双模压缩真空态)与三型三能级原子作用时的纠缠特性,讨论了原子初态和光场参数的影响,并与赝自旋算符构造的贝尔算符期待值进行了对比.结果表明:熵与贝尔算符期待值具有相似的演化趋势;相对于贝尔算符期待值,熵更易受原子相干性的影响;纠缠最大时非局域性也最大,纠缠最小时贝尔算符期待值并不是最小.在贝尔算符期待值较小时纠缠仍可能较大,这说明纠缠和非局域是量子世界中既相互关联又独立的2个不同属性.     

K光子Jaynes-Cummings模型中热辐射场的统计特性

研究了热态光场和原子的相互作用,表明在这一过程中光场展现出反聚束和光子亚泊松分布现象.着重分析了热态光场在此作用过程中所展现出的光子统计特性.可以看出热态光场的平均光子数和多光子跃迁对光场非经典性质有强烈的影响.     

热光关联成像的均方收敛无偏估计方法

关联成像实验和理论证明了光可以用特殊的方式传递信息。文中采用半经典理论,按照赝热光场、光电探测和关联计算的成像过程,系统分析了关联成像的理论基础,并给出了系统的视场、空间分辨率和对比度。在此基础上,对传统关联成像的线性计算方法进行了改进,使之为物体透射函数的均方收敛无偏估计。相应的计算鬼成像仿真实验表明:在相同测量次数下,尤其是低于奈奎斯特采样频率时,该方法显著提高了鬼像的峰值性噪比并有效抑制了背景噪声。     

量子照射雷达技术的基本原理与研究进展

通过将传统雷达探测技术与现代量子信息处理技术有机结合,量子雷达在弱反射率目标探测上能够提供经典探测手段无法比拟的优势.作为非常具有潜力的量子雷达类型之一,量子照射雷达以纠缠光子为探测手段,依靠对量子关联特性的测量能够完成目标有无的判断.首先对量子雷达的概念和分类进行了简单介绍;然后对双光子纠缠态量子照射雷达和高斯态量子照射雷达的工作机理与关键技术进行了分析与讨论,并将两种方式的量子照射雷达与经典探测手段进行了性能对比,结果显示量子照射雷达在信噪比、准确性、抗噪性以及隐身性等方面都具有明显的优势;最后指出了量子照射雷达目前存在的问题和未来发展的方向.     

数字微镜器件调制多波长关联成像系统

关联成像是一种新体制成像方法,能够解决一些传统成像技术无法解决的问题,近年来颇受关注。其中,又以基于数字微镜器件（DMD）和空间光调制器（SLM）的计算关联成像发展最快。将DMD应用于计算关联成像,利用其调制速度快、反射波段宽的优势,结合压缩感知方法,可在多个波长上获取高质量图像,实现多波长关联成像。多波长关联成像在实现过程中存在几个关键问题,包括赝热光场的有效产生、光场调制中衍射效应和调制噪声的影响,以及高质量图像重建算法等。对上述关键问题进行数值仿真,确定系统最佳工作参数;在此基础上构建多波长关联成像实验系统以验证效果,为关联成像技术的实用化提供了参考。     

在相干耦合原子与单模相干腔场系统演化过程中纠缠态的转移

提出了由相干耦合原子与单模相干腔场相互作用的物理模型.利用全量子理论,研究了该系统的演化过程,结果表明:在一定时间条件下量子原子纠缠态与光场纠缠态可以相互转换;还发现,适当控制原子与腔场相互作用的时间,原子纠缠态或光场纠缠态可以保持初态不变.     

V型三能级原子与双模奇偶纠缠相干光场相互作用的量子态保真度

研究了V型三能级原子与双模奇偶纠缠相干光场相互作用系统的量子态保真度,运用数值计算的方法讨论了失谐量、双模光场的强度和原子分布角对量子信息保真度的影响.结果表明:原子的量子态保真度优于系统的或光场的量子态保真度,原子初始处于基态时,原子的保真度好于激发态或叠加态的情况;原子的保真度随着失谐量或双模光场强度的增大而增大;系统的和光场的保真度时间演化特性是相似的.失谐量、双模光场的强度和原子的分布角都对量子态保真度的时间演化曲线的频率有影响.     

纠缠双原子与压缩相干态光场相互作用系统的量子纠缠

利用全量子理论,研究了双原子与压缩相干态光场相互作用系统的量子纠缠特性,分别讨论了相干态振幅参量、光场压缩参量和耦合系数比值对系统场熵和原子相对熵演化的影响.结果表明： 当相干态振幅参量为零或很小时,两原子间纠缠度随时间演化规律和场-原子纠缠度随时间演化规律几乎相反,场-原子间的纠缠削弱了两原子间的纠缠.随着相干态振幅参量增大或光场压缩参量减小,在一定时域内,两原子处于稳定的纠缠态,并且这个时域逐渐变长,同时原子-原子平均纠缠度值增大,而场-原子平均纠缠度值减小.耦合系数比值（原子之间偶极-偶极相互作用）的增大会减弱原子与场之间的作用,使两原子始终处于最大纠缠态.     

Kerr介质中双模奇偶纠缠相干光场与Ⅴ型三能级原子相互作用系统的光子统计性质

采用求解SchrSdinger方程和数值计算方法，研究了Kerr介质中双模奇偶纠缠相干光场与Ⅴ型三能级原子相互作用系统的光子统计性质，分析了双模奇偶纠缠相干光场的纠缠度、Kerr介质与光场的耦合强度、双模光的平均光子数、失谐量和原子基态概率幅对光子统计性质的影响。结果表明：双模奇偶纠缠相干光场的纠缠程度对光子统计性质的影响不十分明显；Kerr效应增强使演化曲线上下移动，曲线的振荡频率变大、振荡幅度变小；保持场模1的光子数不变而改变场模2的光子数，会使演化曲线向上或向下显著移动、曲线的振荡幅度发生变化；失谐量的改变对光子统计特性也有一定影响；原子初态中基态概率幅的变化使演化曲线上下显著移动。     

Kerr介质中双模奇偶纠缠相干光场与V型三能级原子相互作用系统的光子统计性质

采用求解Schr(o)dinger方程和数值计算方法,研究了Kerr介质中双模奇偶纠缠相干光场与V型三能级原子相互作用系统的光子统计性质,分析了双模奇偶纠缠相干光场的纠缠度、Kerr介质与光场的耦合强度、双模光的平均光子数、失谐量和原子基态概率幅对光子统计性质的影响.结果表明:双模奇偶纠缠相干光场的纠缠程度对光子统计性质的影响不十分明显;Kerr效应增强使演化曲线上下移动,曲线的振荡频率变大、振荡幅度变小;保持场模1的光子数不变而改变场模2的光子数,会使演化曲线向上或向下显著移动、曲线的振荡幅度发生变化;失谐量的改变对光子统计特性也有一定影响;原子初态中基态概率幅的变化使演化曲线上下显著移动.     

Schrdinger猫态光场与纠缠态原子相互作用体系的压缩特性

研究了初始处于Schrodinger猫态光场与纠缠态原子相互作用体系的压缩特性。通过数值计算,讨论了光场强度和相干态相位角对体系中的双原子偶极压缩和光场压缩的影响。结果表明:在弱场情况下,不存在偶相干态和Yurke-Stoler相干态与纠缠态原子相互作用的光场振幅压缩,但存在奇相干态与纠缠态原子相互作用的光场振幅压缩。在相同的条件下,不存在偶相干态与纠缠态原子相互作用的原子偶极压缩,存在奇相干态和Yurke-Stoler相干态与纠缠态原子相互作用的原子偶极压缩。在强场情况下,三种不同的光场分别与纠缠态原子相互作用,两种压缩现象均不存在。