一種基于角位置糾纏的量子關(guān)聯(lián)成像方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于角位置糾纏的量子關(guān)聯(lián)成像方法，該方法是將被成像物體信息編碼成不同角度的角縫，并將不同的角縫加載到光束上。由于符合計(jì)數(shù)與角縫角度間存在著單調(diào)的函數(shù)關(guān)系，可根據(jù)符合計(jì)數(shù)值在參考光路獲得物體的信息，得到物體的成像，獲得一種基于角位置糾纏的量子關(guān)聯(lián)成像方法。這種新的關(guān)聯(lián)成像方法：一方面將角位置糾纏的概念引入關(guān)聯(lián)成像領(lǐng)域，擴(kuò)展了關(guān)聯(lián)成像的研究方向，同時(shí)也得到了很好的成像效果；另一方面，對(duì)角位置糾纏的研究也為后續(xù)研究提供了一個(gè)新思路，比如多址光通信，光學(xué)識(shí)別等領(lǐng)域。該方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，對(duì)于多灰度圖像物體具有很好的成像效果。
【專利說(shuō)明】一種基于角位置糾纏的量子關(guān)聯(lián)成像方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于角位置糾纏的量子關(guān)聯(lián)成像方法，屬于量子光學(xué)及成像技術(shù) 的交叉【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 關(guān)聯(lián)成像（Correlated Imaging,簡(jiǎn)記為Cl)，也稱鬼成像（Ghost Imaging,簡(jiǎn)記為 GI)，是近些年來(lái)量子光學(xué)領(lǐng)域中研究的的前沿和熱點(diǎn)之一。關(guān)聯(lián)成像能夠在沒(méi)有物體的參 考光路獲得物體清晰圖像。它可突破經(jīng)典衍射極限，具有高分辨率和高可見(jiàn)度，有廣闊的應(yīng) 用前景，如衛(wèi)星遙感，激光雷達(dá)，醫(yī)學(xué)成像，軍事，工業(yè)成像以及深空探測(cè)等眾多領(lǐng)域，目前 得到了廣泛的關(guān)注。
[0003] 1988年，Klyshko依據(jù)自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換（SroC)光子對(duì)的糾纏行為，提出了關(guān)聯(lián)成 像方案。1995年，Pittman等人利用自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的糾纏光子對(duì)，完成了基于量子糾 纏的"鬼"成像實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。隨后的相關(guān)理論和實(shí)驗(yàn)表明糾纏關(guān)聯(lián)成像的特性要么體現(xiàn)在動(dòng) 量一位置測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系的動(dòng)量糾纏，要么體現(xiàn)在動(dòng)量一位置測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系的位置糾纏上。光子 軌道角動(dòng)量（OAM)和（角）位置也是一種糾纏源。與光子極化態(tài)僅有兩種取值相比，單個(gè)光 子的OAM取值可從負(fù)無(wú)窮到正無(wú)窮，極大地增加了單個(gè)光子傳輸信息的能力。2009年，Back 等人借鑒光子極化態(tài)糾纏關(guān)聯(lián)成像方法，完成了基于OAM糾纏的關(guān)聯(lián)成像實(shí)驗(yàn)，并從OAM方 面提示了關(guān)聯(lián)成像的量子本質(zhì)。在此實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，我們于2011年提出了一種基于OAM糾纏 的多灰度"鬼"成像的方法和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。這為相位物體的成像過(guò)程提供一種簡(jiǎn)單易行方案。 另一方面，Jha等人于2010年實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證角位置與角動(dòng)量是一對(duì)測(cè)不準(zhǔn)物理量，可通過(guò)雙角 縫獲得基于角位置的干涉。與角動(dòng)量糾纏相比，基于角位置糾纏的符合計(jì)數(shù)與角縫角度間 的關(guān)系將更加簡(jiǎn)單。因此，本發(fā)明提出一種基于角位置糾纏的關(guān)聯(lián)成像方案，將被成像物體 信息編碼成不同角度的角縫，并將不同的角縫通過(guò)相位加載到光束上。由于符合計(jì)數(shù)與角 縫角度間存在著單調(diào)的函數(shù)關(guān)系，可根據(jù)符合計(jì)數(shù)值在參考光路獲得物體的信息，得到物 體的成像。本發(fā)明給出了一種新型的糾纏關(guān)聯(lián)成像方法，具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明目的在于提供一種基于角位置糾纏的量子關(guān)聯(lián)成像方法，該方法首次將角 位置糾纏應(yīng)用于關(guān)聯(lián)成像技術(shù)。在該方法中，一高斯泵浦光通過(guò)BBO晶體進(jìn)行參數(shù)下轉(zhuǎn)換， 產(chǎn)生一糾纏光子對(duì)。若信號(hào)光路為L(zhǎng)Gjtl模式，則閑置光路將為L(zhǎng)G+u模式。將待成像物體 的不同信息被編碼成不同角度的角縫9,并將不同的角縫加載到信號(hào)光束的相位上。由于 符合計(jì)數(shù)與角縫e間存在著單調(diào)的函數(shù)關(guān)系，通過(guò)設(shè)置特定區(qū)域，可獲得符合計(jì)數(shù)與物體 信息間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。于是，在參考光路根據(jù)符合計(jì)數(shù)可獲得物體的信息，得到物體的成 像，該方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，對(duì)于多灰度圖像物體具有很好的成像效果。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是：本發(fā)明提供了一種基于角位置糾纏 的量子關(guān)聯(lián)成像方法，該方法包括如下步驟：
[0006] 步驟一：一束高斯泵浦光透過(guò)I型退化非線性相位匹配器晶體，通過(guò)參量下轉(zhuǎn)換

【權(quán)利要求】
1. 一種基于角位置糾纏的關(guān)聯(lián)成像方法，所述方法包括如下步驟： 步驟一：一束高斯泵浦光透過(guò)I型退化非線性相位匹配器晶體，通過(guò)參量下轉(zhuǎn)換產(chǎn)生 一對(duì)糾纏對(duì)，產(chǎn)生的光子糾纏對(duì)可表不為
，其中s和i代表信號(hào)光路和 閑置光路；11>表示階數(shù)為1的軌道角動(dòng)量的本征態(tài)；ICl |2是階數(shù)分別為1和-1模式下的 概率； 步驟二：建立基于角位置糾纏的量子關(guān)聯(lián)成像方法實(shí)現(xiàn)示意圖，令閑置光路為|+1>模 式，信號(hào)光路為|-1>模式； 步驟三：在信號(hào)光路中先將被成像物體的灰度編碼成不同的角縫e，并以扇形相位的 形式加載到信號(hào)光路；選擇角縫角度的取值為〇到n，若物體的灰度等級(jí)為M，則成像物體 的灰度值分別對(duì)應(yīng)〇，以^1)，2以^1)，...，^2)以^1)，和11等11個(gè)不同的角縫 e，不同灰度值被編碼成不同的角縫e; 步驟四：將被成像物體的信息，即不同的角縫角度e加載到信號(hào)光路上，并對(duì)信號(hào)光 路和閑置光路進(jìn)行符合測(cè)量，獲得符合計(jì)數(shù)；信號(hào)光路加載的扇形相位的夾角e與符合計(jì) 數(shù)值存在單值對(duì)應(yīng)關(guān)系
|Cl和A都是常數(shù)；通過(guò)符 合計(jì)數(shù)值獲得加載的角縫e大??； 步驟五：通過(guò)步驟三產(chǎn)生的灰度值與角縫的編碼對(duì)應(yīng)關(guān)系，在閑置光路恢復(fù)出每個(gè)像 素點(diǎn)的灰度值，獲得被成像物體信息。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于角位置糾纏的量子關(guān)聯(lián)成像方法，其特征在于：所 述方法是以糾纏光子對(duì)的角位置糾纏理論為基礎(chǔ)的一種關(guān)聯(lián)成像方法；根據(jù)符合計(jì)數(shù)值與 信號(hào)光路所加載的扇形角縫相位之間存在單值對(duì)應(yīng)關(guān)系為前提。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于角位置糾纏的量子關(guān)聯(lián)成像方法，其特征在于：所 述方法適用于多灰度被成像物體的關(guān)聯(lián)成像。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于角位置糾纏的量子關(guān)聯(lián)成像方法，其特征在于：所 述方法符合計(jì)數(shù)值與信號(hào)光路所加載的扇形角縫相位之間存在嚴(yán)格單調(diào)關(guān)系。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于角位置糾纏的量子關(guān)聯(lián)成像方法，其特征在于：所 述方法的一高斯泵浦光通過(guò)BBO晶體進(jìn)行參數(shù)下轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生一糾纏光子對(duì)；若信號(hào)光路為 LG_u模式，則閑置光路將為L(zhǎng)G+u模式；將待成像物體的不同信息被編碼成不同角度的角 縫e，并將不同的角縫加載到信號(hào)光束的相位上；由于符合計(jì)數(shù)與角縫0間存在著單調(diào)的 函數(shù)關(guān)系，通過(guò)設(shè)置特定區(qū)域，獲得符合計(jì)數(shù)與物體信息間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系；在參考光路根 據(jù)符合計(jì)數(shù)可獲得物體的信息，得到物體的成像。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于角位置糾纏的量子關(guān)聯(lián)成像方法，其特征在于：所 述方法將角位置糾纏應(yīng)用于關(guān)聯(lián)成像技術(shù)中。
【文檔編號(hào)】G02F1/35GK104407485SQ201410724877
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月3日
【發(fā)明者】趙生妹, 梁文強(qiáng), 陳超, 董小亮 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)