基于N光子纠缠量子成像的分辨率优势，设计了一种通用的多光子纠缠N00N态的超分辨量子成像系统，理论上成像分辨率可实现（N-1）倍的增加，成像系统的分辨率得到大幅提升。针对N00N态探测效率过低的问题，利用光学质心测量方法，保留所有探测情况，在不需要所有光子到达空间同一点的情况下，通过光子计数和适当的后处理，实现了任意数量光子下成像分辨率的提高。相较于N光子吸收方案，该方法的理论效率增加了DN-1（假设有D个像素）。所提方案可以产生具有高保真度和高稳定性（数天内保持稳定）的N00N态，有利于拓展N00N态的应用范围。所设计的系统在超分辨量子成像领域中具有较好的应用价值。

20世纪90年代, 对于激光泵浦非线性晶体产生的纠缠双光子对之间的空间关联基本物理特征, Klyshko提出了一种有效场的描述方法, 称为超前波(advanced wave)。这样双光子光学的问题容易由传统的单光子光学来理解, 这也是人类认识自然规律的基本方法。但超前波解释成立的前提需要光路传播的脉冲响应函数满足一个基本关系, 本文对该基本关系成立的理论基础进行了讨论。

为了提高纠缠光量子成像效率，本文采用双步符合计数法快速获取目标成像信息，降低纠缠光量子成像的时间开销。首先，利用透镜和波片组合对激光器产生的泵浦光进行调制，提高周期极化磷酸氧钛钾（PPKTP）晶体自发参量下转换的效率；然后，通过数字微镜器件（DMD）选取测距区域，构造单光子时间脉冲序列差值；其次，利用该差值完成局部符合计数以得到信号和参考光路的延时差；再次，通过控制DMD选取成像区域，对单光子时间脉冲序列进行修正，并利用修正后的序列完成全局符合计数；最后，将符合计数值与灰度值进行映射，得到目标的量子图像。此外，通过与经典量子成像结果相比较，分析了目标距离、测距区域大小和单像素曝光时间对成像结果的影响，同时搭建了实际的量子成像光路以验证本文方法的有效性。

关联成像与传统的成像不同,是光学成像领域中一种新的成像体制,实现了探测与成像的分离。关联成像在雷达成像中拥有广阔的应用前景,为雷达成像的发展提供了新的思路。阐述了实现雷达关联成像中随机辐射场的几种方法,并重点分析其中一种模型。通过改变模型参数,分析了辐射场的变化趋势,研究了信号带宽和目标散射点间距对图像分辨率的影响,研究结果对雷达关联成像系统参数的设置具有一定的参考作用。

在量子成像中,光源散斑强度的独立性与随机性影响了图像重建的质量,现用的赝热光源是由高斯分布的激光束调制而成。针对反射式量子成像技术中赝热光源的传输特性,结合水体散射理论,研究了重建图像的均方误差与光源光斑强度分布和光斑尺寸的关系,以及对常用的图像重建算法成像质量的影响,针对光强分布不均提出加权平均归一化算法。仿真结果显示,光斑强度分布越均匀成像质量越高,加权平均归一化算法能减小光强分布不均对成像质量的影响。所得结果有助于数字微镜空间光调制器的赝热光源反射式水下量子成像系统中对光源的优化和成像质量的提升。

高亮度的辐照热光源一定程度上限制了基于经典热光场的强度关联量子成像技术的实验研究和广泛应用。因为一般热光源相干时间极短,且每个相干元胞内光子数少(亮度低),而采用激光照射旋转毛玻璃形成的动态散斑作为赝热光场可以解决上述问题。当采用的是纳秒脉冲激光时,得到的赝热光场除了能极大程度地模拟真实热光场的热涨落,光场涨落服从真实热光场所具有的高斯统计分布以外,另一个最重要的特性是光场涨落的测量不受光电探测系统有限通频带的限制,即使是慢响应探测电路,也能准确地记录光场抖动,即该光场符合交叉谱纯条件。

作为量子信息领域分支的鬼成像,由于物体的像将出现在不包含物体的光路上的特点,使得这一领域的研究引人入胜。一度认为,只有基于纠缠态双光子的纠缠光源,才能实现鬼成像;但近年来的研究表明,经典热光场也能实现这一过程。从经典统计光学入手,建立了热光场的数值模型,模拟符合热光特性的光场变化、光场传播、以及物体透射函数对热光场的调制,进而从光强度起伏的关联函数中,分别重现振幅型物体和纯相位型物体的傅里叶变换图像;通过与真实实验结果的对比,表明基于统计光学原理的该数值模型所预测的实验结果,与真实的实验结果完全一致。