抗干扰的亚散粒噪声弱吸收目标量子成像装置和成像方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于量子成像技术领域，特别涉及一种抗干扰的亚散粒噪声弱吸收目标量 子成像装置和成像方法，适用于增强亚散粒噪声弱吸收目标量子成像方法的抗干扰能力。
【背景技术】
[0002] 量子成像又称为双光子关联成像、强度关联成像和鬼成像，是利用量子纠缠现象 发展起来的一种新型成像技术。作为一种新型成像技术，量子成像中纠缠光源鬼成像的实 现，使得在两个相互独立的空间中传递其中一个空间的物体图像信息成为可能，以此实现 关联成像。热光源同样也可以实现关联成像。相比于经典成像，量子成像具有如下优点：1) 量子成像中的超分辨成像一成像分辨率可以突破瑞利衍射分辨极限；2)量子成像是单像 素成像，即能够使得在不适合或者不能采用体积大的面探测器时使用量子成像达到成像目 的；3)量子成像中的探测与成像分离能够克服经典成像存在的抗干扰能力差的缺点。正因 为上述优点，使得量子成像在遥感探测领域和医学领域具有非常广泛的应用前景。因此，量 子成像的研究是非常有意义的。
[0003] E. Brambilla 等的文南犬"High-sensitivity imaging with multi-mode twin beams "中利用二型晶体参量下转换过程产生的信号光束光场和闲置光束光场对称位置的 散粒噪声的空域关联特性，提出一种差分测量方案对弱吸收目标进行量子成像；该成像方 案比利用经典相干光源的差分测量方案的成像信噪比高，且具有更高的灵敏性。但是该方 案要求即使在背景噪声很强的条件下，也必须满足成像光路的两条分支远场光场对称位置 的亚散粒噪声必须空域关联，然而真实的量子成像实验很难满足这一要求。
[0004] Giorgio Brida 的文南犬"Experimental quantum imaging exploiting multimode spatial correlation of twin beams"中介绍了利用亚散粒噪声的空域关联特性对弱吸收 目标进行量子成像的实验，即利用参量下转换过程产生的信号光束和闲置光束对称位置的 空域关联特性，实现了对弱吸收目标的量子成像；该方法存在的问题是当成像背景存在干 扰时，利用该方法对物体成像会产生非常大的误差。
【发明内容】
[0005] 针对以上现有技术存在的不足，本发明提出一种抗干扰的亚散粒噪声弱吸收目标 量子成像装置和成像方法，同时利用电荷耦合器件探测到的有效信号光束和有效闲置光束 中的关联像素对的协方差来抑制干扰对量子成像结果的影响，从而实现对弱吸收目标的抗 干扰量子成像的目的。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。
[0007] 技术方案一：
[0008] -种抗干扰的亚散粒噪声弱吸收目标量子成像装置，其特征在于，包括：激光器 1、望远镜2、半波片3、BBO晶体4、高通全返镜5、透镜6、第一正交极化选择片7、第二正交 极化选择片8、窄带滤波片9、窄带滤镜10、待成像目标11、电荷耦合器件（CCD) 12、信号处理 丰旲块13 ;
[0009] 所述激光器1用于产生中心波长为a nm的激光脉冲；
[0010] 所述望远镜2对激光器1产生的中心波长为a nm的激光脉冲进行光场的压缩，得 到压缩后的激光脉冲；
[0011] 所述半波片3对压缩后的激光脉冲的极化状态进行选择，得到水平偏振状态下的 压缩后的激光脉冲，并发送至BBO晶体4 ;
[0012] 所述BBO晶体4与接收到的水平偏振状态下的压缩后的激光脉冲进行参量下转换 处理，产生信号光束和闲置光束；
[0013] 所述高通全反镜5分别将信号光束和闲置光束中中心波长为a nm的光束依次沿 BBO晶体4、半波片3、望远镜2、激光器1的路径返回，并将信号光束中除去中心波长为a nm 的剩余信号光束和闲置光束中除去中心波长为a nm的剩余闲置光束分别发送至透镜6 ;
[0014] 所述透镜6分别对信号光束中除去中心波长为a nm的剩余信号光束进行傅里叶 变换，并发送至第一正交极化选择片7 ;同时对闲置光束中除去中心波长为a nm的剩余闲 置光束进行傅里叶变换，并发送至第二正交极化选择片8 ;
[0015] 所述第一正交极化选择片7对傅里叶变换后的除去中心波长为a nm的剩余信号 光束中的极化状态进行选择，得到经过第一正交极化选择片7的剩余信号光束，并发送至 窄带滤波片9 ;
[0016] 所述第二正交极化选择片8对傅里叶变换后的除去中心波长为a nm的剩余闲置 光束中的极化状态进行选择，得到经过第二正交极化选择片8的剩余闲置光束，并发送至 窄带滤镜10 ;
[0017] 所述窄带滤波片9用于滤除经过第一正交极化选择片7的傅里叶变换后的除去中 心波长为a nm的剩余信号光束中的背景杂散光，得到经过窄带滤波片9的有用信号光束， 并发送至待成像目标11 ;
[0018] 所述窄带滤镜10用于滤除经过第二正交极化选择片8的傅里叶变换后的除去中 心波长为a nm的剩余闲置光束中的背景杂散光，得到经过窄带滤镜10的有用闲置光束，并 发送至电荷耦合设备12 ;
[0019] 所述待成像目标11接收经过窄带滤波片9的有用信号光束，并使之照射该待成像 目标11，得到透过待成像目标11的有用信号光束，在得到透过待成像目标11的有用信号光 束的同时，对应得到经过窄带滤镜10的有用闲置光束，然后将透过待成像目标11的有用信 号光束和经过窄带滤镜10的有用闲置光束分别发送至电荷耦合设备12 ;
[0020] 所述电荷耦合设备12分别用于探测透过待成像目标11的有用信号光束和经过窄 带滤镜10的有用闲置光束，分别得到电荷耦合设备12探测到的有效信号光束和电荷耦合 设备12探测到的有效闲置光束，并分别发送至信号处理模块13 ;
[0021] 所述信号处理模块13对电荷耦合设备12探测到的有效信号光束和电荷耦合设备 12探测到的有效闲置光束进行待成像目标11的量子成像，最终得到待成像目标11的量子 成像结果。
[0022] 技术方案二：
[0023] -种抗干扰的亚散粒噪声弱吸收目标量子成像方法，其特征在于，包括以下步 骤：
[0024] 步骤1，激光器1用于产生中心波长为a nm的激光脉冲，并使之经过望远镜2,得 到压缩后的激光脉冲，再将该压缩后的激光脉冲经过半波片3，得到水平偏振状态下的压缩 后的激光脉冲，再将该水平偏振状态下的压缩后的激光脉冲与BBO晶体4进行下参量转换 处理，产生信号光束和闲置光束；
[0025] 步骤2,高通全反镜5分别将信号光束和闲置光束中中心波长为a nm的光束依次 沿BBO晶体4、半波片3、望远镜2、激光器1的路径返回，然后使用透镜6对信号光束中除去 中心波长为anm的剩余信号光束和闲置光束中除去中心波长为anm的剩余闲置光束分别 进行傅里叶变换；
[0026] 步骤3,第一正交极化选择片7对傅里叶变换后的除去中心波长为a nm光束的剩 余信号光束中的极化状态进行选择，得到经过第一正交极化选择片7的剩余信号光束；同 时第二正交极化选择片8对傅里叶变换后的除去中心波长为a nm的剩余闲置光束中的极 化状态进行选择，得到经过第二正交极化选择片8的剩余闲置光束；
[0027] 步骤4,窄带滤波片9滤除经过第一正交极化选择片7的傅里叶变换后的除去中心 波长为a nm的剩余信号光束中的背景杂散光，得到经过窄带滤波片9的有用信号光束；窄 带滤镜10滤除经过第二正交极化选择片8的傅里叶变换后的除去中心波长为a nm的剩余 闲置光束中的背景杂散光，得到经过窄带滤镜10的有用闲置光束；
[0028] 经过窄带滤波片9的有用信号光束照射待成像目标11，得到透过待成像目标11的 有用信号光束的同时，对应得到经过窄带滤镜10的有用闲置光束，并将该透过待成像目标 11的有用信号光束和经过窄带滤镜10的有用闲置光束分别发送至电荷耦合设备12 ;
[0029] 步骤5,电荷耦合设备12分别用于探测透过待成像目标11的有用信号光束和经过 窄带滤镜10的有用闲置光束，分别得到电荷耦合设备12探测到的有效信号光束和电荷耦 合设备12探测到的有效闲置光束，并分别发送至信号处理模块13 ;
[0030] 步骤6,信号处理模块13对电荷耦合设备12探测到的有效信号光束和电荷耦合设 备12探测到的有效闲置光束进行待成像目标11的量子成像，最终得到待成像目标11的量 子成像结果。
[0031] 本发明与现有技术相比，具有以下优点：
[0032] 第一，本发明在成像时利用了透过待成像目标11的信号光束光场和透过窄带滤 镜10的闲置光束光场的二阶参数，即协方差，能够克服仅利用信号光束透