烟台大学光电信息科学技术学院, 山东 烟台 264005
单像素成像的图像复原依赖于单像素接收信号和调制光源的关联,包括计算鬼成像和压缩感知成像两种方案。其中,计算鬼成像利用光源和单像素信号之间的高阶强度关联函数复原图像,而压缩感知成像采用优化压缩感知算法复原图像。单像素成像实验采用的光源种类繁多,既包括热光、X射线、电子、中子、单光子源等物理光源,也包括由空间光调制器和数字微镜等系统调制的人工光源。这些光源遵从不同的统计概率分布,照明物体的光场强度可看作统计独立的连续或离散随机变量,也被称为参考信号。单像素信号是所有参考信号的线性组合,根据光源的统计性质确定了参考信号与单像素信号之间的联合统计概率分布。此外,还研究了参考信号概率分布函数对关联鬼成像图像质量的影响,为单像素成像提供了物理和统计理论基础。
图像处理 单像素成像 鬼成像 密度分布函数 可见度 信噪比 激光与光电子学进展
2021, 58(10): 1011018
中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
能见度一般为人眼视觉能够观测目标物的最大估计水平距离。 能见度的观测和预报已经广泛的应用于气象预报、 环境污染分析、 交通运输等各个领域。 现有的能见度观测方法主要分为散射式与透射式。 其中数字摄像式能见度观测方法最贴近能见度定义, 随着数字摄像技术的发展, 加快了数字图像能见度的测量方法的研究与应用。 但在利用数字摄像进行夜间能见度观测量过程中不可避免的受到不同天气背景光、 光源灰度等影响从而造成能见度测量不稳定, 观测结果精度低、 观测范围较小。 已知利用双光源的稳定性可以保证能见度的测量精度, 大多数研究都是通过使用白光源的角度来解决能见度的测量不稳定问题。 本文从准单色光源的角度出发, 通过不同频段光源对能见度的穿透能力不同, 在可见光范围内对不同频段光源的穿透能力进行特性分析。 在已有的双光源基础上, 提出了一种改进的恒温双色光源夜间能见度观测方法, 实现在不同天气状况下, 对能见度的高精度、 大范围观测。 通过设计恒温双光源, 消除了环境温度变化对光强的影响; 恒压恒流模块保证双光源光强一致性; 利用积分球保证光强的均匀性; 根据不同频段光源对能见度的穿透能力不同, 选用双色光源实现高精度、 大范围能见度的有效测量。 在恒温双色光源的能见度观测系统中进行一系列的实验验证, 实验结果表明两个光源的一致性达到0.99, 能见度不好时, 蓝光到达相机的光强弱, 红光的测量结果接近真值; 晴天时夜间能见度良好, 蓝光透射率差值大, 有利于提高信噪比, 双光源为蓝光的标准差36.90, 蓝光的测量结果接近真值。 当观测极限为15 000 m时, 进行1个月的实验观测, 通过与真实值进行比较, 所提出的改进恒温双色光源夜间能见度观测方法能够很好的在能见度观测极限范围内进行准确的测量。
恒温 夜间可见度 两色光源 传输速率 遥感 Constant temperature Nighttime visibility Two-color light sources Transmission rate Remote sensing
为解决光纤干涉仪输出条纹可见度受单模光纤双折射效应引起的偏振衰落影响,提出一种消除偏振衰落的简单方法,该方法可同时实现光纤干涉仪传感器的空间点探测。设计一种内置旋转角度为45°的法拉第旋光器的传感探头,将其与旋转角度为45°的法拉第旋转镜分别加在Michelson光纤干涉仪的两端。对干涉仪系统进行了理论计算分析,在外界环境变化和偏振控制器改变条件下进行干涉仪可见度测量实验。结果表明:该方法在对外界进行点探测的同时能够有效克服光纤干涉仪的偏振衰落,得到了变化小于0.9% 的干涉稳定度。
光纤光学 干涉仪 偏振 琼斯矩阵 法拉第旋光器 可见度 激光与光电子学进展
2020, 57(5): 050601
1 西南交通大学物理科学与技术学院, 四川 成都 611756
2 物理国家级实验教学示范中心(西南交通大学), 四川 成都 611756
利用数值仿真和实验验证方法,解释用线光源作为光源的菲涅耳双棱镜干涉实验中,狭缝必须与双棱镜棱脊平行才能观察到清晰干涉条纹的原因。基于几何光学和干涉原理,理论上得出观察屏上菲涅耳双棱镜干涉强度分布公式,通过数值模拟得到干涉条纹可见度随狭缝与棱脊夹角的变化曲线。理论分析表明,随着夹角变大,干涉可见度将出现先下降,再升高,然后再次下降的现象。最后,对理论结果进行实验验证,表明实验结果与数值模拟结果基本一致。
物理光学 干涉 菲涅耳双棱镜 可见度 激光与光电子学进展
2019, 56(23): 232601
1 中国科学技术大学自动化系, 安徽 合肥 230027
2 北京卫星信息工程研究所天地一体化信息技术国家重点实验室, 北京 100086
通过II型自发参量下转换制备纠缠光子对,在Mathematica环境下分析频率纠缠、频率关联、量子干涉特性及脉冲和晶体参数对特性的影响。结果表明,连续光抽运可以得到最大的频率纠缠度和干涉可见度;脉冲光频宽一定时,随着非线性晶体厚度的增大,双光子的联合光谱变窄,频率纠缠度增大,不可区分性减小,干涉可见度减小;非线性晶体厚度一定时,随着脉冲光频宽的减小,双光子的联合光谱变窄,频率纠缠度增大,不可区分性增大,干涉可见度增大;选取不同的联合光谱函数参数,可以得到具有频率反关联、不关联和正关联特性的双光子。
光谱学 自发参量下转换 纠缠光子对 联合光谱 单光子光谱 纠缠度 干涉可见度 激光与光电子学进展
2019, 56(4): 043002
1 南京邮电大学 通信与信息工程学院 量子信息技术研究所, 南京 210003
2 南京邮电大学 通信与信息工程学院 宽带无线与传感网技术教育部重点实验室, 南京 210003
基于Brańczyk的理论工作, 考虑干涉滤波片的谱函数对干涉结果的影响, 推导出更加普适的Hong-Ou-Mandel干涉符合概率公式, 从而增加干涉实验的可操控性.用带宽不同的干涉滤波片系统研究了Hong-Ou-Mandel干涉现象, 得到与理论预测相吻合的实验结果.实验数据和理论仿真均显示, 通过使用不同带宽的干涉滤波片可以灵活调节干涉曲线, 以获得较高的平台符合计数率和干涉可见度.实验中测得的干涉可见度均高于97%, 最高达到99.9%, 验证了实验方案的可靠性.研究结果对于同类的量子干涉实验也具有参考价值.
量子光学 双光子过程 量子干涉装置 光子 可见度 Quantum optics Two photon processes Quantum interference devices Photons Visibility
中国工程物理研究院流体物理研究所脉冲功率科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
通过模拟单色X 射线源下硅材料光栅泰伯自成像，研究振幅为均匀和高斯分布、光源尺寸与横向相干长度比值不同的单色扩展光源与金材料源光栅相结合的成像系统中光栅泰伯效应自成像条纹可见度的影响因素。计算结果表明，基于光栅的X 射线相衬成像系统中光栅泰伯自成像条纹可见度主要受成像距离和光源横向相干长度影响，受单色扩展光源的振幅分布和尺寸影响很小。
光栅 泰伯效应 数值模拟 单色扩展X 射线光源 光源参数 条纹可见度 激光与光电子学进展
2016, 53(3): 033401
南京邮电大学信号处理与传输研究院，江苏 南京 210003
鬼成像提供了一种运用常规手段难以获得清晰图像的方法，能够解决一些常规成像技术不易解决的问题，是近些年来量子光学领域的前沿和热点之一。提出了一种基于少量数据预处理的差值筛选鬼成像恢复重建方法。该方法利用闲置光路测得的强度值和桶探测器测得的强度值的差值作为筛选门限，并且只选取少量差值进行预处理而无需对所有差值求平均得到筛选门限。将该方法应用于高阶鬼成像方案，分析高阶差值筛选鬼成像方案的可见度、峰值信噪比和阶数N的关系。研究结果表明，该方案可获得与对应鬼成像性能相当的成像质量，但重建时间明显少于对应鬼成像方案。随着阶数N的增加，成像可见度得到提高；当N足够大时理论上可见度可以接近1。同时可见度的增加将以峰值信噪比为代价，当阶数N由2阶增加到9阶时,图像的峰值信噪比下降了26.3%。
成像系统 鬼成像 对应鬼成像 高阶 可见度
为了更深刻地认知牛顿环条纹, 推导了牛顿环条纹的宽度公式; 分析了当折射率 N增加时相邻两级亮、暗条纹的距离都会减小的原因; 研究了同一波长对应的同一级亮、暗条纹的宽度的差异; 论证了明、暗条纹的宽度都会随级数 k增加而减小的规律; 比较了用钠光灯测量平凸透镜的曲率半径 R时两种处理双波长问题的方法; 讨论了钠光灯双波长对条纹可见度的影响;最后指出了牛顿环条纹可见度最小时对应的级数 k是平凸透镜曲率半径R的函数。
光学测量 牛顿环实验 条纹宽度 条纹可见度 optical measurement Newton’s ring experiment stripe width stripe visibility
