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 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
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
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射线及粒子成像技术是探索物质内部结构的有力工具,对于物理学、材料学、生命科学等多领域的发展具有重要的推动作用。关联成像不同于传统成像,是利用光场的高阶关联特性来获取物体信息,具有独特的优越性,在可见光成像领域取得了大量成果。近年来,随着关联成像技术的发展,X射线及粒子关联成像已成为新的前沿热点。介绍了基于热光源、赝热光源以及纠缠光源的X射线关联成像技术,以及关联成像技术在原子、中子、电子等粒子成像领域取得的研究进展,并对X射线及粒子关联成像技术未来的发展进行了展望,探讨了X射线及粒子关联成像技术在实现应用中需要解决的一些问题。
成像系统 关联成像 X射线成像 中子成像 激光与光电子学进展
2021, 58(10): 1011008
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
实现脉冲星导航首先需要对脉冲星进行高精度测量,而脉冲星辐射的X射线相干时间极短,到达卫星探测器的光通量极低,必须在极弱光条件下实现强度关联探测来获取脉冲星信息。针对这一问题,使用可见光模拟源进行了强度关联干涉测量实验研究,获取二阶干涉条纹并得到了对应的角直径,分析了符合计数对测量误差的影响,以及探测系统的空间和时间分辨率对强度关联干涉测量结果的影响,为脉冲星X射线强度关联探测系统硬件参数的选取提供了依据。
成像系统 干涉测量 强度关联 X射线 极弱光
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
X射线强度关联干涉测量为实现高分辨率脉冲星信息获取提供一条可行的技术途径,但现有的X射线探测器能量分辨率有限,探测到的X射线信号有一定能谱展宽,从而导致测量精度降低。为解决这一问题,基于不同能量相干曲线之间的缩放关系,提出一种强度关联干涉测量能谱展宽校正方法。通过仿真分析了校正前后的测量误差,探讨噪声对该校正方法的影响,并进行了可见光波段的模拟干涉测量实验,结果表明校正后的测量值与理论值相符,从而验证了该方法的有效性。
X射线光学 干涉测量 强度关联 能谱展宽 光学学报
2019, 39(10): 1034001
