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基于热光关联的时域成像研究

发布时间:2020-04-12 20:32
【摘要】:关联成像是基于热光场的强度涨落关联来获得物体的像的新型成像技术。时域信号在光纤等色散介质中传输会失真从而影响信号的重建,本文将热光场关联及强度关联测量引入到时域中来实现对时域成像的研究,从波动方程出发分析了近轴衍射和脉冲色散的空间-时间对应关系即空间-时间二象性(又称时空二象性),基于时空二象性研究了热光关联的一阶时域成像和二阶时域Talbot自成像。第一章介绍了研究背景及选题意义。第二章介绍了光场关联和关联成像基础理论。第三章首先通过类比描述近轴衍射和脉冲色散的波动方程,从而得到两种情况下的光场传输与脉冲响应函数的关系,并通过脉冲响应函数的级联性得到了几种典型光学系统的时域脉冲响应函数。然后基于时空二象性设计了热光一阶关联的时域成像方案,得到了描述该时域成像的强度表达式,接着讨论了热光源的脉冲宽度和相干时间对成像质量的影响。结果表明随着光源脉冲宽度的增加,时域成像的可见度逐渐降低,但是时域物体的矩形波逐渐显现;而当脉冲相干时间增加时,像的分辨率降低但是可见度增加。因此需要适当选取光源的脉冲宽度和相干时间来兼顾可见度和分辨率以获取更高质量的像。本结果对于扩展利用关联测量的方法实现时域信号的再现具有重要意义。第四章基于时空二象性设计了实现基于热光关联的二阶时域Talbot自成像方案并进行了理论研究,结果表明在满足Talbot条件并且不需要额外的色散补偿或消除,就可以实现周期性时域信号的自成像,也可以实现时域信号周期的放大或缩小,这可为周期性信号在色散介质中的再现或频率的倍增提供新的理论支持和技术路径。
【图文】:

示意图,双光子,光源,示意图


1.1 国内外研究现状关联成像又称为鬼成像,,与传统成像技术基于强度分布测量来获得物体的像不同,是一种基于强度涨落关联来获得物体的像的新型成像技术。光源发出的具有强度涨落关联性质的光被分束器分成强度相等的两条光路,一路光(物光路)透射过物体后被桶探测器接收,桶探测器是指无法分辨物体空间结构只能记录光场总强度的探测器,另外一路光(参考光路)在自由传播一段距离后直接被探测器接收,这个探测器能够分辨物体的空间结构,但是这条光路中并没有物体,因此这两条光路中任何一条都不能单独得到物体的像,但是通过对两条光路探测到的信号应用强度涨落关联测量的方法就可以得到物体的像[1-3]。这一测量方法来源于 1956 年美国科学家汉博雷-布朗(Hanbury-Brown)和特威斯(Twiss)设计并完成的测量星体角直径的实验[4]。HBT 实验基于强度涨落关联的测量方法,由于不受大气湍流扰动的影响而受到了广泛关注。1988 年,D. N. Klyshko 提出了一个利用纠缠光子对作为光源来实现量子关联成像的理论[5],这里的纠缠光子对由自发参量下转换产生。

示意图,双光子,物体,成像


第一章 引言 年,史砚华研究组利用双光子纠缠源首次在实验上实现了量子关联验示意图。氩离子激光器发出的光束对非线性BBO晶体进行泵浦号和闲置光子对,然后通过色散棱镜将泵浦光束和下转换光束分离偏振分束棱镜发送到不同方向上,被分光棱镜反射的信号光束经透照射到物体上,经透镜收集后被位于透镜焦平面的探测器1D接收,置光束经过滤波器后被能够进行横向平面扫描的探测器2D接收。通到的信号进行符合测量得到了如图 1-2 所示的物体的像。
【学位授予单位】:天津理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:O431.2

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本文编号:2625147

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