鬼成像是通過(guò)計(jì)算光場(chǎng)的關(guān)聯(lián)函數(shù),得到物體的物象或者物體的衍射參量的一種全新的成像手段。由于鬼成像第一次被證實(shí)的時(shí)候用的是雙光子糾纏光源,所以對(duì)于鬼成像的解釋就歸結(jié)于雙光子光源的糾纏性。隨后的理論和實(shí)驗(yàn)研究工作同時(shí)證明,用贗熱光源作為鬼成像光源依然可以實(shí)現(xiàn)鬼成像。然而,糾纏光源和贗熱光源的成像機(jī)制卻有不同的解釋�；陔p光子幾何光學(xué)對(duì)鬼成像的研究發(fā)現(xiàn),糾纏光源在鬼成像過(guò)程中所扮演的角色類(lèi)似于平面鏡。對(duì)于經(jīng)典光源情況,光源在鬼成像過(guò)程中起到相位共軛鏡的作用。另外,對(duì)于光源來(lái)說(shuō)還可以采用雙色光作為鬼成像的光源。由于鬼成像奇異的物理機(jī)制,吸引著越來(lái)越多的科研工作者探索其潛在的應(yīng)用價(jià)值。鬼成像系統(tǒng)一般會(huì)穿過(guò)空氣湍流,通過(guò)鬼成像的光強(qiáng)關(guān)聯(lián)計(jì)算會(huì)減弱湍流對(duì)成像的影響。在散射介質(zhì)中,利用光強(qiáng)的二階關(guān)聯(lián)可以減輕散射雜質(zhì)對(duì)鬼成像的影響。本文基于雙光子幾何光學(xué),主要工作安排如下:(1)在各種成像系統(tǒng)中,點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)理論是一種非常重要而且基礎(chǔ)的理論。通過(guò)熱光鬼成像的定義結(jié)合柯林斯公式,我們得到熱光鬼成像的理論解析式,鬼成像中的光強(qiáng)關(guān)聯(lián)函數(shù)的漲落可以看成是物體和點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的卷積,鬼成像的成像質(zhì)量取決于點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的寬度。基于柯林斯的光學(xué)傳輸?shù)木仃嚬鈱W(xué)原理,我們可以寫(xiě)出鬼成像系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)寬度,以此來(lái)估計(jì)新設(shè)計(jì)的鬼成像系統(tǒng)相對(duì)于已存在的幾種鬼成像系統(tǒng)的優(yōu)劣。分析了幾種常見(jiàn)的鬼成像系統(tǒng),驗(yàn)證了我們的理論的正確性。研究發(fā)現(xiàn)在鬼成像中,探測(cè)臂透鏡可以改善鬼成像質(zhì)量,參考臂不能改善成像質(zhì)量只改變大小。最后,我們研究了參考臂透鏡和探測(cè)臂透鏡同時(shí)作用下對(duì)鬼成像的影響,并發(fā)現(xiàn)了高質(zhì)量遠(yuǎn)距離鬼成像系統(tǒng)。另外,通過(guò)關(guān)聯(lián)成像的過(guò)程中關(guān)聯(lián)的光線自光源發(fā)出,可以得到鬼成像的幾何光學(xué)形式。一般的,贗熱光源在關(guān)聯(lián)成像的過(guò)程中起到相位共軛鏡的作用,并使物體在關(guān)于光源對(duì)稱(chēng)的地方成像。研究發(fā)現(xiàn),雙光子幾何光學(xué)理論和點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)理論符合的很好。(2)對(duì)于均勻介質(zhì)中的鬼成像,我們給出了原理性證明實(shí)驗(yàn)。相對(duì)于傳統(tǒng)的直接成像手段,鬼成像在某些范圍內(nèi)可以得到更高質(zhì)量的像,這個(gè)結(jié)果對(duì)水下鬼成像有重要的意義。我們重點(diǎn)討論了水下鬼成像深度對(duì)鬼成像的影響,以及不同介質(zhì)中的鬼成像。得到了影響鬼成像質(zhì)量的和介質(zhì)折射率有關(guān)的鬼成像點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)解析式,分析了最佳鬼成像條件。增加介質(zhì)折射率,可以提高鬼成像質(zhì)量。從雙光子幾何光學(xué)理論角度,實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論符合的很好。(3)基于雙光子幾何光學(xué)理論,我們討論了贗熱光鬼衍射原理,并且證明了在鬼衍射過(guò)程中贗熱光源起到相位共軛鏡的作用。研究發(fā)現(xiàn)贗熱光鬼衍射條件,探測(cè)臂和參考臂等長(zhǎng)只是一個(gè)特殊情況,并非是唯一的條件。鬼衍射產(chǎn)生的條件可以通過(guò)調(diào)節(jié)被測(cè)物體到物光探測(cè)器的距離和鬼像到參考臂探測(cè)器的距離來(lái)實(shí)現(xiàn),我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)上述兩個(gè)距離同時(shí)滿足在夫瑯和費(fèi)區(qū)域就可以產(chǎn)生鬼衍射。另外,我們還研究了含透鏡的鬼衍射過(guò)程。
【學(xué)位單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TP391.41;O431.2
【部分圖文】：

比如小孔成像和投影。如圖2.1(b)我們給出了常見(jiàn)的投影成像示意圖，光源照亮物體后繼續(xù)傳播在物體后面成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的影像，而投影成像是沒(méi)有確定的像平面，隨著物體到投影平面的距離增加所得到的投影也是變大的。以上是最常見(jiàn)的兩種成像現(xiàn)象，為了更容易理解鬼成像原理，接下來(lái)我們會(huì)從光的衍射和幾何光學(xué)角度仔細(xì)分析透鏡成像機(jī)制。圖 2.1 傳統(tǒng)光學(xué)成像示意圖(a)高斯薄透鏡成像示意圖；(b)投影示意圖

博士學(xué)位論文先我們討論物體相對(duì)于透鏡來(lái)說(shuō)較小，也就是說(shuō)可以認(rèn)為物體發(fā)出鏡收集到的完美透鏡成像過(guò)程。對(duì)于無(wú)論是放大還是縮小的完美成可以看成物體的透射函數(shù)20( ) A 貢獻(xiàn)和 函數(shù)的卷積所決定的點(diǎn)對(duì)關(guān)系 mIdAiobji 0200( )()()i 是像平面的光強(qiáng)度，0 和i 是物平面和像平面的二維坐標(biāo)，m 大系數(shù)。

圖 2.3 夫稂和費(fèi)衍射示意圖光學(xué)中有兩種非常重要的衍射現(xiàn)象，夫瑯和費(fèi)衍射和透簡(jiǎn)單的無(wú)透鏡遠(yuǎn)場(chǎng)衍射情況，也就是夫瑯和費(fèi)衍射。如距離衍射平面00x y很遠(yuǎn)的地方，我們會(huì)得到衍射平面。在這一區(qū)域內(nèi)觀察到的衍射現(xiàn)象就叫夫稂和費(fèi)衍射，為 0000022()(,)exp22expexp()yxzxxydxdyExyizikizikz 的透射率反映了物體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，我們考慮最簡(jiǎn)單的透費(fèi)衍射，觀察平面場(chǎng)分布為 zyzxxyTzikizEikzzyxzxxydxdyEtxyizikizikz (),2expexp()()(,)exp22expexp()02200000022

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