基于相干模表象理论的鬼望远镜成像系统研究

摘要

关联成像，又称为鬼成像或双光子成像，是一种非局域的成像技术，主要通过两光束的强度关联来获取物体的信息或者物体的衍射图样。因其独特的成像方式以及相比于传统成像能获得更高成像分辨率的优势，关联成像获得广泛关注。鬼望远镜成像系统是望远镜与关联成像的结合，在远距离观测方面有极大的研究意义。本论文主要基于相干模表象理论对鬼望远镜成像系统进行了研究。同时还对鬼望远镜成像系统中目标物体的振幅和相位信息进行了理论探索。具体地工作内容和创新点如下:
　　首先，本文首次将部分相干场的相干模表象理论运用于鬼望远镜成像系统中。之所以用相干模表象来研究鬼望远镜成像系统，是因为通常的关联成像是基于二维积分表象的，它只能笼统的给出关联成像和一些参量的简单比例关系，很难从中看出成像的具体过程。而相干模表象理论，用一维求和的方式，不仅能得到原有积分表象理论给出的所有结果，更重要的是能够从中清楚的看到成像的具体过程。从本文的研究结果可知光源相干模表象的本征值分布以及成像物体的分解系数分布会影响鬼望远镜成像系统的成像质量。根据物体的分解系数分布，本文分析了获得最好成像质量的最佳探测器位置。另外本文的研究结果也有助于抑制散焦效应对成像质量的影响。
　　其次，本文还设计了一种获取鬼望远镜成像系统中目标物体振幅信息和相位信息的方案。目的是为了弥补传统的关联成像和所运用的相干模表象理论只能得到目标物体的幅度信息的缺点。鬼望远镜成像系统若能同时获取目标的振幅和相位信息，将颇具研究意义。该方案在原有鬼望远镜成像的基础上，加入分束器和π/2变相板分离出目标物体的实部和虚部信息，再利用二阶关联分别获取其实部和虚部信息，从而恢复目标物体的振幅和相位信息信息。同时，通过理论分析和数值模拟验证了此方案的可行性。
　　目前为止，关联成像的研究逐步转向技术研究，对鬼望远镜成像系统的利用越来越多。本论文的研究希望能进一步促进鬼望远镜成像系统朝实用化发展。

目录

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摘要

插图索引

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 研究背景及意义

1．3 国内外研究进展

1．4 本文结构和主要研究工作

第2章 本文相关基础理论

2．1 光源相干性的判断

2．2 基于统计光学对关联成像的理论解释

2．2．1 热光源无透镜关联成像

2．2．2 热光源有透镜关联成像

2．3 相干模表象理论在关联成像中的应用

2．4 不同类型物体的模型

2．4．1 纯振幅型物体

2．4．2 纯相位型物体

2．4．3 复值型物体

2．4．4 无透镜关联成像目标物体振幅和相位信息的研究

2．5 本章小结

第3章 基于相干模表象对鬼望远镜系统的研究

3．1 引言

3．2 相干模表象理论运用于鬼望远镜成像系统的理论分析

3．3 基于相干模表象理论的数值模拟和结果分析

3．4 本章小结

第4章 鬼望远镜系统目标物体振幅和相位信息的研究

4．1 引言

4．2 恢复目标物体振幅信息和相位信息的研究方案

4．3 研究方案的数值模拟及结果分析

4．4 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间发表论文目录

附录B 攻读学位期间参与的研究项目