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近年来,高分辨率的成像技术越来越引起人们的重视。传统被动式光电成像系统的成像模式为:主要依靠被测目标反射日光、月光等自然光或自身辐射,在探测器上进行成像。然而,这种成像方式在一些特殊的领域具有其局限性,如医学诊断治疗、生物化学成分分析、生物医学、集成电路检测、工程无损伤探测等,因为成像分辨率到达一定极限后将很难继续提高,主要原因是:(1)经典成像的衍射极限,(2)量子噪声的影响。技术的快速发展使得我们不能像以前一样来忽视量子噪声的影响,现在的光学传感器技术,试图通过减少像元的尺寸来提高所捕获图像的空间分辨率。由于像元尺寸的减小,每个像元所接收到的光强也随之减少,这时候光的量子起伏特性会以量子噪声的形式影响成像的质量和分辨率。我们希望能找出一种从根本上克服经典成像的衍射极限和量子噪声的成像方式,因此我们从光源着手,制备了压缩光源,开展了压缩光和红外相干光的分辨率及成像实验。
本论文主要研究工作如下:
我们从实验上利用二极管泵浦全固化单频Nd:YAG连续激光器发出的1064nm红外光经过光学谐振腔实现参量下转换,获得稳定的强度噪声低于散粒噪声极限的红外压缩光,实测的红外光最高强度噪声压缩度为5.76 dB,利用该光源搭建成像系统进行成像实验,对比了压缩光和相干光作为光源的成像效果,实验证明:压缩光作为一种光源不仅能突破相干激光光源的散粒噪声和衍射极限,还能克服量子噪声带来的限制,因此利用压缩光可以进行高分辨率成像,且分辨率是相干光成像分辨率的1.26倍。另外,根据压缩光的特性,借鉴微弱光成像系统,设计了三透镜成像系统,组成一个基于压缩光的量子成像系统。最后,我们对比了三种不同情况下的同功率压缩光和相干光的成像质量,进一步验证了压缩光作为一种光源的优越性,也为下一步改进我们设计的成像系统提供了理论和实验基础。