关联成像与莫尔效应

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1、关联成像与其尔效应湖南师范大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位沦文是本人在导师的指导下独市进jj研究工作所取得的成果。除文中L经注明引用的内容外，本沧文不含任何其他个人或集体L经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均L在文中以明确方式抓明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位沦文作者签名：j乒浩岬年6月砧甘湖南师范大学学位论文版权使用授权书本学位沦文作背完全了解学校有关保留、使用学位沦文的规定，同意学校保留并向国家有关部f】或机构送交沦文的复印件和电子版，允许沦文被查阅和借阅。本人授权湖南师范大学nr以将

2、本学位论文的全部或部分内容编入有关数据进行榆索，nr以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位沦文。本学位沦文属于1、保密口，在一年解帘后适用本授权书。2、不保密旷(请在以卜相应方框内打“√”)作者签名：；乒沾I：t期：刃孵6月抄甘导师签名：潲甘期：碲6月纪甘关联成像与奠尔效应第一章绪论在经典光学中，成像是一个不仅古老而且发展得比较成熟的内容，它对整个物理领域有着非常重要的作用．20世纪以来，量子力学得到了迅速发展．光作为研究和观测非经典现象的有力工具，和量子力学有着密不可分的关系．譬如量子密码术、量子隐形传态、量子光刻以及标准极限下的精确测量等

3、都在实验上得到了充分的证实．特别是近年来关联成像的出现，让一度沉寂的光学又焕发了青春，为光学系统提取信息提供了一条崭新的途径．关联成像(correlatedima咖g)，又名符合成像(coincidenceima咖g)或鬼成像(ghostimaging)，是一门∞年代中期兴起的量子成像方面的新兴领域．关联成像的思路源于量子纠缠．量子纠缠从Einstein等人【1，2】提出到现在，一直是物理学中最有争议的问题之一．量子纠缠所描述的是存在于多子系统的量子系统中的一种奇特现象，即对一个子系统的测量结果无法独立于对其他子系统的测量．量子系统的纠缠态不能表示成为

4、各子系统态的直积，具有非局域关联特性，无论在空间上分离多远，都不能被看作相互独立的，彼此都有量子关联．近年来，利用晶体的非线性效应一自发参量下转换过程制备双光子纠缠态[3，4】，是获得量子纠缠光源的常用方法之一．在自发参量下转换过程产生的双光子纠缠态中，当满足动量守恒定律时，两个光子的动量存在关联．史砚华f5’6】小组就是利用纠缠光子对的这一特性成功的做成了第一个关联成像实验．他们将纠缠的光子对分别输送到两个不同的光学线性系统中，在其中一个光学系统放置一待成像的物体，通过双光子符合测量，就可以在另一个光学系统中再现该物体的空间分布信息．这种现象就是关联

5、成像．由于像和物体不在同一个光学系统中，因而我们也称之为鬼成像．在一个相当长的时期内，量子纠缠所表现出来的关联成像的奇妙性质曾经一度被认为是量子纠缠所特有的属性，是经典物理所不能模仿的．Abourraddy【7】等人试图从理论上证明量子纠缠是获得鬼像的先决条件．然而，在2002年，Bennink【8】8等人巧妙地设计了一个实验，他们利用一个随机旋转的反射镜将一普通经典光源(He-Ne激光器)所产生的相干光反射到光学分束器上，分成两柬．在其中一条光路上放置光学成像系统(凸透镜)和一个待成像物体，而对另一个光路不作任何限制，通过测量两个光路的强度关联，得到

6、了和2硕士学位论文量子纠缠成像类似的奇妙结果一鬼像．Bennink这个实验的问世，打破了量子纠缠光源在关联成像技术中的独霸地位．从此，围绕量子纠缠能否被经典关联所模仿这一问题，物理学界展开了一场激烈的争论p14】．科学家们在对自发参量下转换过程的研究中发现，对于高增益纠缠光源的光场关联，除了量子纠缠关联项以外，还存在另外一项“新”的关联，能够产生和量子纠缠类似的效应．经过深入分析，人们发现这个“新”的关联是满足高斯统计的类热光关联．一直以来，热光被认为是一种随机涨落的噪声，不利于信息的传递．在上个世纪50年代，HBT实验f15]通过对光场强度关联的研究

7、，指出热光可以用来测量远处星体的角宽度．意大利的Gatti等人f16，171从理论上分析了利用热光模拟苣子纠缠的可行性．史砚华小组『18-20{和Ferri等人[211也分别在实验上观察到了热光源的关联成像．大量的理论和实验都表明了热光可以作为一种新型的光源模仿自发参量下转换过程产生的纠缠光源用以实现关联成像．由于经典热光源和量子纠缠光源的光场关联存在相似性和差异，二者在关联成像中表现出不同的性质．具体内容我们将在第二章中从两种光源的二阶关联函数进行讨论．在国内的同一时期，程静等人[22]提出了利用X光源实现关联成像的理论方案，朱诗尧等人【23]从黑体

8、辐射的角度出发，分析了热光源和纠缠光源的对应与区别．曹德忠等人[24】从关联成像的几何光路的角