光学成像系统作为光学中一种最重要的信息处理系统,主要借助于线性变换理论和频谱分析技术,利用光的传播特性来传递物的结构、灰度和色彩等信息。发展光学信息传播和变换的理论,进而扩展光学系统成像的范围,提高成像精度,已成为现代光学中一个十分重要的前沿课题。例如,透镜作为几何光学系统中最基本的器件,其成像的理论对应的就是傅里叶变换。又例如,近年来提出的分数傅里叶变换理论可以应用于光纤中光的传播,也是光学衍射理论和光场的Wigner分布函数理论之间的桥梁。因此为了开发更多的光学应用领域,就急需我们去丰富和拓展积分变换理论。本文在传统的傅里叶光学变换(如傅里叶变换、分数傅里叶变换、菲涅尔变换等)的基础上发展出纠缠变换的内容,即提出光学纠缠傅里叶积分变换及分数压缩变换,为实验物理学家提供新的成像机制。此动议是来自于这样的考虑:在量子力学中有量子纠缠,那么它如何反映到光学变换中?例如寻求将两个独立的多项式xmyn的乘积的函数图像变换为双变量厄密多项式的函数图像(这也许可以通过设计新的透镜组合来实现),以对应目前正方兴未艾的量子纠缠的研究。鉴于连续变量的两体纠缠态的函数空间的基矢是双变量厄米多项式Hm,n(x,y),它是新的完备、正交的函数空间基,所以将两个独立的多项式xmyn变换为Hm,n(x,y)是一种经典纠缠变换,这在量子纠缠理论中将有广泛地应用。与传统的做法不同,我们将采用量子光学过渡到经典光学的途径来实现目标。本论文的研究内容主要包括以下三个部分:1.为了将待变换的光学图像函数纠缠起来,我们提出了纠缠傅里叶积分变换的概念,该变换具有逆变换以及模不变的特性。然后我们将此变换应用到量子力学的算符函数,在有序算符内的积分方法的帮助下研究了 Wigner算符的纠缠傅里叶积分变换,发现了一个经典函数的纠缠傅里叶积分变换只与它的Weyl对应算符在坐标——动量表象的矩阵元相关,这有助于我们发现另外的新光学变换,如分数压缩变换。在此研究过程中我们还推导出了新的算符排序公式,分别把P-Q排序、Q-P排序化为Weyl排序。2.将第一部分的工作推广到双模情形,进而提出了一种新的复形式的光学纠缠傅里叶积分变换,它可以在双模算符的纠缠态表象中的矩阵元与其Wigner函数之间建立一种新的关系。这个积分变换也保持模不变,也有可逆变换。在此基础上,结合复的Weyl-Wigner对应理论,我们发现了产生一个复分数压缩变换的双模算符。在推导过程中充分利用了双模Wigner算符的纠缠态表象和Weyl编序形式,给计算带来了方便。这两个阶段工作的成果都用了有序算符内的积分理论,自成系统,显示出系列性,是量子光学和经典光学相互借鉴的结晶。3.在前两部分工作基础上进行拓展,从经典量子扩散方程出发,利用密度算符的P表示,导出了量子密度算符的扩散方程。进一步通过引入量子算符的Weyl编序,结合其对应的Weyl量子化方案,导出了描述量子扩散通道的方程,给出了 Wigner算符在量子通道中的演化,展现了 Wigner算符从点源函数向t时刻高斯型函数的演化规律,它简洁而物理清晰。在此基础上,讨论了相干态经过量子扩散通道的演化情况。