GCS-RG 热光关联成像实验

GCS-RG 热光关联成像实验

关联成像，又称为“鬼”成像和符合成像，最早从量子纠缠发展而来，之后延伸到经典光学领域。它的成像机制与传统强度探测成像有很大不同，传统的光学成像为光场的二维强度探测，而关联成像通过其特殊的二阶关联（或更高阶关联）特性，能够借助对物体没有空间分辨能力的单点强度探测器对物体进行成像。典型的关联成像实验装置由两条光路组成.其中一路光经过物体反射或透射后由一个没有空间分辨能力的单点强度探测器（桶探测器）接收，称为信号路；另一路通过一个二维阵列探测器接收，称为参考路。通过关联运算两路的探测结果，即可恢复物体的像。正是由于这种特别的机理，关联成像在深空探测、医学成像等很多领域都有潜在的应用价值。

热光关联成像实物图

♦ 知识点

一阶关联、二阶关联、鬼成像

♦ 涉及课程

近代物理、量子光学

♦ 实验内容

• 搭建热光关联光路，计算热光关联系数（HBT实验）

• 搭建亚波长干涉光路，测量亚波长干涉条纹宽度

• 搭建无透镜关联成像（鬼成像）光路，恢复待测物信息

• 搭建有透镜关联成像（鬼成像）光路，恢复待测物信息

♦ 实验原理

在赝热光场鬼成像中, 激光束通过一个旋转的毛玻璃产生赝热光场，经过50/50的分束器被分为两束，一束为参考光, 直接用CCD探测其经过一定距离的自由空间传播后光场的光空间分布；另一束为信号光在同样经距离自由空间传播光场照射到一定振幅透过率的物体上，然后经物体衍射后进入到桶状探测器测量透过物体的总光强。虽然信号光与物体进行了相互作用，但是用桶状探测器只测到透过物体的总光强，将物体的透过率信息完全淹没了。而在参考光路中用CCD 测到的是探测平面的光强分布，但是它并不包含物的信息，因此，其中任何一路都无法单独得到物体的信息，而将这两路进行关联却可以恢复出物体的信息来，这就是鬼成像的内涵，光路示意图如下。

♦ 原理示意图

赝热光源鬼成像示意图

♦ 效果图

散斑光场采集图

热光关联成像效果图

♦ 技术指标

• 激光光源：波长650nm，输出功率>10mw，激光功率可调，包含夹持，支撑系统；

• 圆形可调衰减器：基底材料 K9；外形尺寸Φ54± 0.1mm，波段 400 ～ 700nm，平行度 30"，光洁度 III 级，镀膜扇形角宽： 270°；

• 旋转毛玻璃：直径Φ75mm，旋转频率0.1-20 转/分，连续工作，包含固定及支撑组件；

• 透镜变换组件：透镜Φ25mm，焦距100mm，表面鍍可见光增透膜；

• 分光镜组件：450-650nm，25.4×25.4mm，分光比1:1；包含二维可调夹持；

• 目标物组件：包含大、恒物信息，图像尺寸2mm，表面镀铬，包含夹持金属框；

• 双缝组件：缝间距分别为100μm，200μm，300μm，400μm，表面镀铬，包含夹持金属框；

• 相机接收组件：分辨率1280×1024，量化深度10bit，像素大小5.2μm×5.2μm，USB2.0接口，快门时间119μs-100ms；

• 横向平移组件：正推平移台，台面65*65mm，预留M3，M4转接孔，行程±12.5mm，千分丝杆读数，测量精度0.001mm；

• 精密光学导轨：1200mm（长）×100mm（宽），可搭载GCM系列精密光机调整部件；

• 软件模块：软件包含关联相机采集和热光关联成像计算部分，其中关联相机采集包含两个相机独立同步显示，可以设置曝光实验，增益等参数，可以设置保存图片采集间隔、采集数量等。热光关联计算软件包含关联系数计算、亚波长干涉计算和热光关联成像模块；每个模块均可导入参考图及信号图，计算结果可以二维、三维显示，可以导出计算结果。

♦ 必备设备

计算机

♦ 选配清单

光学清洁箱、光学储存干燥箱、实验设备展板

♦ 建议课时

4课时

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