Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Quantum Optics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Hangzhou Institute for Advanced Study, University of Chinese Academy of Sciences, Hangzhou 310024, China
High-precision angle measurement of pulsars is critical for realizing pulsar navigation. Compared to visible light and radio waves, the wavelength of X-rays is incredibly short, which provides the possibility of achieving better spatial resolution. However, due to the lack of applicable X-ray apparatus, extracting the angle information of pulsars through conventional X-ray methods is challenging. Here, we propose an approach of pulsar angle measurement based on spatially modulated X-ray intensity correlation (SMXIC), in which the angle information is obtained by measuring the spatial intensity correlation between two radiation fields. The theoretical model for this method has been established, and a proof-of-concept experiment was carried out. The SMXIC measurement of observing angles has been demonstrated, and the experimental results are consistent with the theoretical values. The potential of this method in future applications is discussed, and theoretically, the angular measurement at the level of micro-arcsecond can be expected. The sphere of pulsar navigation may benefit from our fresh insights.
pulsar measurement X-ray measurement intensity correlation spatial modulation Chinese Optics Letters
2024, 22(4): 043401
1 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室，上海 201800
2 张江实验室，上海 201210
3 中国科学院大学，北京 100049
针对小角X射线散射（SAXS）测量图样中的宇宙线提出一种去除方法，以纳米结构的周期信息为物理先验计算得到周期性散射信号的坐标信息，对各光斑级次有效信号区域内的宇宙线进行检测并去除。数值模拟了含宇宙线的SAXS测量图样序列，测试该方法对SAXS测量图样序列宇宙线的检测和去除效果，并与现有的宇宙线去除方法进行对比。计算不同曝光时间下去噪前和各方法去噪后SAXS测量图样的评价指标，可以说明该方法对于SAXS测量图样中的宇宙线具有良好的去除效果，并能在长曝光条件下获得明显的信噪比增益。
X射线光学 小角X射线散射 周期性纳米结构 宇宙线 去噪
1 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
3 中国科学院大学杭州高等研究院物理与光电工程学院，浙江 杭州 310024
提出使用统计分析中的Bootstrap方法对鬼成像中图像信息重构的不确定度进行估计。仿真结果表明，Bootstrap方法估计的标准误差分布图与强度关联重构的标准误差理论计算结果一致；用标准Bootstrap方法估计的标准误差和置信区间分布能够很好地解释压缩感知算法得到的重构结果误差，并且使用相应的Bootstrap方法的变种能够更为准确地描述从原始样本中重构图像信息的偏差和绝对误差。所提方案适用于估计无真实参考图像的实际应用场景的重构图像的不确定度。
成像系统 鬼成像 图像重构 非参数Bootstrap方法 不确定度
1 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室，上海 201800
2 中国科学院大学，北京 100049
3 国科大杭州高等研究院，浙江 杭州 310024
采用预置散斑的X射线强度关联成像系统需要采集大量的散斑场，成像时间较长，而单幅散斑场信噪比低，难以单独用于图像重构。然而单幅散斑场中的空间分布信息包含一定的样品结构信息，可以用于样品缺陷快速检测。基于此，提出一种基于单幅预置散斑的缺陷检测方法，该方法将待检测样品探测散斑场与标准样品模拟散斑场的相关性作为样品缺陷的评价标准。同时基于该方法模拟X射线强度涨落二阶自关联检测光路，分析不同信噪比下探测散斑场分布的图像对比度对相关系数的影响。并对比多种细节增强方法，提高检测可靠性。最终结果表明，基于单幅散斑场的方法可以有效地进行样品的快速缺陷检测。
X射线光学 图像增强 散斑自关联 缺陷检测 引导滤波 光学学报
2023, 43(10): 1034001
1 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室，上海 201800
2 国科大杭州高等研究院，浙江 杭州 310024
3 中国科学院大学，北京 100049
傅里叶变换关联成像通常采用透射式赝热光源，但透射产生散斑的纵向尺寸过大限制了成像纵向分辨率且透射式赝热光的光通量较低，这对实现三维傅里叶变换关联成像造成了阻碍。为解决这一问题，理论推导了反射式赝热光源散斑场的光强涨落关联函数，给出了散射屏放置在不同空间位置和倾斜角度时的纵向散斑尺寸。同时，进行了基于统计光学的数值模拟，模拟结果与理论结果吻合。结果表明，通过减小散射角和增大散射屏方位角等方法可以有效降低观察点处的纵向散斑尺寸，从而提高纵向成像分辨率。
成像系统 散斑场 赝热光 粗糙表面 关联成像
1 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学杭州高等研究院, 浙江 杭州 310024
3 中国科学院大学, 北京 100049
强度关联衍射成像是一种新的衍射成像方法, 该方法基于光场高阶关联特性, 通过计算参考臂与探测臂光强涨落的强度关联, 能够非定域地获取目标物体的傅里叶衍射谱信息。作为一种新的成像方法, 强度关联衍射成像具有非定域、弱光成像、成像分辨率高等优势, 能够解决一些常规成像难以解决的问题, 近年来受到了广泛的关注, 未来有望在生物医学、材料科学等众多领域实现应用。本文简述了强度关联衍射成像的最新进展, 同时介绍了一些图像重构的新算法, 最后指出该成像方法目前仍然存在的问题并对其未来发展进行了展望。
量子光学 成像系统 关联成像 衍射成像 图像重构 quantum optics imaging systems ghost imaging diffraction imaging image reconstruction
1 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室, 上海 201800
2 国科大杭州高等研究院, 浙江 杭州 310024
强度关联干涉测量利用光场的高阶关联特性获取星体空间角度信息,有望实现脉冲星角位置的高精度测量。然而常规的强度关联测量需要满足相干探测条件,这对探测器的时间分辨提出了极高的要求。提出基于空间调制的星体观测张角强度关联干涉测量方法,在探测器前放置调制屏以对光场进行空间调制,通过旋转调制屏获取二阶干涉条纹。理论推导了当两条光路的调制屏存在角度差时二阶关联函数的表达式,并基于理论推导结果设计双反射镜实验方案并进行相关可见光实验验证,所得实验结果与理论分析结果相符。该方法大幅降低了探测器的时间分辨要求,对于我国未来实现航天器的自主导航具有重要意义。
测量 干涉测量 强度关联 X射线
Author Affiliations
Abstract
1 Shanghai Institute of Applied Physics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 Shanghai Synchrotron Radiation Facility/Zhangjiang Lab, Shanghai Advanced Research Institute, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201204, China
3 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
4 Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
At present, reconstruction of megapixel and high-fidelity images with few measurements is a major challenge for X-ray ghost imaging (XGI). The available strategies require massive measurements and reconstruct low-fidelity images of less than pixels. Inspired by the concept of synthetic aperture radar, synthetic aperture XGI (SAXGI) integrated with compressive sensing is proposed to solve this problem with a binned detector in the object arm. Experimental results demonstrated that SAXGI can accurately reconstruct the pixels image of a binary sample of tangled strands of tungsten fiber from 660 measurements. Accordingly, SAXGI is a promising solution for the practical application of XGI.
X-ray ghost imaging compressive sensing megapixel imaging Chinese Optics Letters
2022, 20(3): 033401
红外与激光工程
2021, 50(12): 20210734
1 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 国科大杭州高等研究院, 浙江 杭州 310024
X光傅里叶变换关联成像有望实现台式纳米显微系统,但在实际应用中受限于较低的光通量和成像信噪比,重构图像质量不佳。为解决这一问题,针对X光调制屏的二元特性,研究了基于X光超瑞利散斑场的傅里叶变换关联成像技术,并理论推导了二元调制屏调制散斑场,提出将散斑场对比度以及局部对比度之差作为目标函数,用带精英策略的非支配排序遗传算法优化设计二元调制屏。数值仿真结果表明,该方法可以得到高对比度的X光超瑞利散斑场,利用X光超瑞利散斑场可实现傅里叶变换关联成像,提高图像可见度,在低信噪比条件下提高图像质量。
X射线光学 X光关联成像 超瑞利散斑场 带精英策略的非支配排序遗传算法 光学学报
2021, 41(19): 1934001
