赝热光关联成像实验研究

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1、赝热光关联成像实验研究(申请清华大学理学硕士学位论文)培养单位：物理系学科：物理学研究生：赵学亮指导教师：李岩松副教授二○一七年五月ExperimentalResearchonCorrelatedImagingwithPseudo-thermallightThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofScienceinPhysicsbyZhaoXueliangThesisSupervisor:AssociateProfessorLiYansongMa

2、y,2017摘要摘要自从1995年马里兰大学的史砚华课题组第一次实现关联成像以来，这项技术就吸引了世界各地的学者来探究它的物理意义。关联成像又形象的被称为鬼成像，顾名思义这种成像技术不同于传统的成像方式，甚至有些不可思议。它是通过两路光场的关联来复现物体的像，其中一路光有物体掩模，但是探测器为一个桶探测器，也就是只能收集总光强的大小，没有空间分辨能力。另一路没有物体，光直接被一个具有空间分辨能力的探测器收集。两路光信号再经过符合电路做关联，最后得到的二阶关联函数可以很好的复原物体的像。经过学者的研究，不仅纠缠光子对可以成像，赝热光与真热光同样可以成像。很多学者都尝试对此实验做出解释。主流

3、观点有两种，一种是用双光子干涉来解释，而另一种是用经典强度关联来解释。不过越来越多的课题组把研究重点放在了生活中常见的热光和赝热光上，因为只有这样关联成像才能真正进入实用阶段。本文也是基于实用化的角度，重点研究了无透镜赝热光关联成像的理论与实验。出于等效性和易于理解的原因，我们用经典强度关联的方法对关联成像的原理做了理论分析。之后又从探测器探测图像以及计算机提取信息的角度，进一步分析了关联成像的原理。接着我们就使用计算机程序对实验进行数值模拟。第一步是模拟生成赝热光源。然后通过使用旁轴近似下的菲涅尔衍射公式，把模拟光源的光扩展到两路探测器CCD处。其中一路有物体掩模，我们设其透射率函数为

4、?(?)，透光部分?(?)=1，不透光部分?(?)=0。而另一路上没有光学器件是自由空间。最后把模拟的光场进行二阶关联计算，得到的数值模拟结果很好的复现了物体的像，验证了实验的可行性。模拟通过后就进行实际的实验研究，我们在实验室搭建了一套无透镜赝热光关联成像实验系统。实验结果很好的复现了我们的物体THU三个字母。除此之外，我还分析了当毛玻璃在光路的不同地方对于成像的影响。最后考虑从成像的物理过程进行分析，我研究了实验中影响二阶关联大小的一些因素，主要是三点：一是两路光程的影响；二是探测器的影响；三是透镜的影响。关键词：关联成像；赝热光；强度关联；数值模拟；二阶关联大小IAbstractA

5、bstractSince1995,theresearchgroupoftheUniversityofMarylandforthefirsttimerealizedcorrelatedimagingexperiment,ithasattractedscholarsfromallovertheworldtoexploreitsphysicalmeaning.Becauseitisanunusualandnovelimagingscheme,correlatedimagingalsocalled“ghostimaging”.Itcanobtaintheimageofanobjectbythec

6、orrelationoftwobeamsoflightfiled.Onebeamoflighttransmitthroughanobject,andcollectedbyabucketdetectorwithoutspatialresolution,whiletheotherbeamoflightcollectedbyaspatialresolutiondetectorwithouttheinteractionwiththatobject.Bycorrelatingtwocoincidencesignalswecanobtaintheimageoftheobject.Inaddition

7、toentangledphotons,pseudo-thermallightandtruethermallightcanachievecorrelatedimaging.Manyscholarshavetriedtoexplainthisexperiment.Therearetwomainstreamexplanationsofthisexperiment.Onesidearguesthatitshouldbeexplainedby