近年來激光雷達(dá)的性能有了極大提升,目前常見的多波束激光雷達(dá)成像系統(tǒng)除了提供距離、速度等基本信息外,還可以準(zhǔn)確捕獲目標(biāo)物體的大小、形狀等多種特征參數(shù),從而建立更加精確的三維動態(tài)模型。基于單光子探測體制的激光雷達(dá)一個顯著優(yōu)勢是具有高探測靈敏度,可以探測到單光子量級的回波信號;而用于量子密鑰分發(fā)中的多量子態(tài)方法可以通過豐富光子調(diào)制的信息維度,識別干擾是否存在。兩者相結(jié)合可在傳統(tǒng)激光雷達(dá)的基礎(chǔ)上,增加更多維度的調(diào)制信息實現(xiàn)多維數(shù)據(jù)的獲取以及探索安全成像的可能性,給主動光電探測領(lǐng)域帶來新的探測理念。本論文提出了基于波長、時間和量子態(tài)的隨機(jī)交織光脈沖序列的目標(biāo)檢測方法,其基本原理是發(fā)射多波長激光與量子態(tài)在時間序列上隨機(jī)交織檢測光脈沖序列對目標(biāo)進(jìn)行檢測、分析。通過變換多波長探測用于檢測目標(biāo)物是否存在,在規(guī)避干擾后確定合適的探測波長,發(fā)射不同量子態(tài)的光子,結(jié)合探測接收端高靈敏度探測器的單光子響應(yīng)就可以識別不同目標(biāo)物表面散射特性。本文首先從量子角度描述了光子與原子的反射模型,分析了到達(dá)目標(biāo)物表面的光子散射特性以及典型光子的量子態(tài)在無損耗以及有損耗介質(zhì)表面的傳輸特性,從而建立了區(qū)分不同材質(zhì)表面的理論基礎(chǔ);... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所)上海市

【文章頁數(shù)】：131 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

單光子量子雷達(dá)的探測概念圖

基于波長、時間和量子態(tài)隨機(jī)脈沖序列的光量子雷達(dá)技術(shù)研究4圖1.3糾纏光量子雷達(dá)的探測概念圖Figure1.3Detectionconceptofentangledlightquantumlidar第三類則是在回波光子接收端使用具備量子特性的高靈敏度光子探測器提升極限探測精度。此外，國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者也都熱衷于鬼成像（GhostImaging）的研究，鬼成像又稱雙光子成像，是一種利用雙光子進(jìn)行復(fù)合探測從而恢復(fù)待測物體空間信息的成像技術(shù)[24-33]：自從1995年馬里蘭大學(xué)的研究者通過參量下轉(zhuǎn)換得到的糾纏源觀察到鬼干涉和衍射后[24]，拉開了量子鬼成像的研究序幕。之后的研究發(fā)現(xiàn)通過經(jīng)典相關(guān)光也能重現(xiàn)物體的衍射圖[25,26]。曾經(jīng)認(rèn)為鬼成像只能通過基于雙光子糾纏光源來實現(xiàn)，但過去的幾十年研究表明，經(jīng)典熱光源也能模擬出量子鬼成像的所有特性[27-29]，甚至有些學(xué)者使用大質(zhì)量粒子（massiveparticles）代替光子也能實現(xiàn)鬼成像[30]。雖然近些年來，鬼成像的尺寸、成像積分時長和成像質(zhì)量有了一定的提高[31-33]，但想要實際應(yīng)用還需要進(jìn)一步的研究。在2012年，美國羅切斯特大學(xué)光學(xué)研究所在DARPA單光量子信息項目的資助下成功設(shè)計出一種抗干擾的“量子雷達(dá)”，通過利用偏振光的量子特性來對目標(biāo)進(jìn)行探測及成像。該研究團(tuán)隊宣稱由于物體在收到光子信號后會改變其本身的量子特性，故這種雷達(dá)可以輕易探測到隱形飛機(jī)并且?guī)缀醪豢筛蓴_[34]。

第1章引言5圖1.4羅切斯特大學(xué)量子雷達(dá)工作原理[34]Figure1.4SchematicdiagramofquantumlidarattheUniversityofRochester[34]如圖1.4所示的量子雷達(dá)工作原理：光源采用HeNe激光器產(chǎn)生激光脈沖，通過聲光調(diào)制器（Acousto-OpticModulator，AOM）將單個脈沖能量衰減至平均出射概率為一個光子的量級，再經(jīng)過半波片（Half-waveplate，HWP）對激光光源進(jìn)行隨機(jī)偏振方向調(diào)制，產(chǎn)生四種不同偏振方向的線偏光Horizontal、Vertical、Diagonal和Anti-diagonal（|H|、|V|、|D|、|A|）。而在接收端采用了干涉濾光片（Interferencefilter，IF）在對背景光濾除后，結(jié)合另一個半波片以及偏振分束器（Polarizingbeam-splitter，PBS）對經(jīng)過目標(biāo)物反射回來的光子進(jìn)行解調(diào)，并將四個不同方向上的偏振光子分離出來。探測器部分采用的是電子倍增CCD器件（Electron-multiplyingCCD）進(jìn)行探測，最終得到四幅不同偏振的圖像如圖1.5所示，圖1.6為實驗綜合結(jié)果。圖1.5(a)接收的未被干擾圖像(b)被干擾的圖像[34]Figure1.5(a)undisturbedimagesreceived;(b)disturbedimages[34]

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號：3269337