基于纠缠双光子的量子成像方案

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摘要：纠缠双光子具有高度的时间和空间的相干性，量子成像技术利用对纠缠双光子的符合探测技术可以恢复待测物体空间信息，应用前景广阔。在本论文中，我们介绍了纠缠双光子态的制备和应用，基于纠缠光的量子成像技术的原理以及纠缠光的量子成像技术的相关进展。我们利用抛物型调制的特殊极化畴结构的二阶非线性光子晶体可以通过自发参量下转换过程制备双光子纠缠态并提出一个基于此双光子纠缠态实现的无透镜量子成像的理论方案。通过两套符合计数可以同时实现对两个物体的量子鬼成像。59385

毕业论文关键词：纠缠双光子，量子成像，符合测量

Abstract: Entangled photon pairs have high spatial and temporal coherence. Quantum entanglement imaging technology by using two-photon coincidence detection technology can restore the object spatial information, which has many applications. In this paper, we introduce the preparation and application of the two-photon entangled state, the principles and the relevant developments of quantum imaging technique based on photonic entanglement. We propose a theory scheme of lensless quantum imaging by using entangled two-photon state from spontaneous parametric down conversion process based on special domain structure of quadratic nonlinear photonic crystals. It can simultaneously achieve a quantum ghost imaging of two objects by two sets coincidence counting.

Key words: two-photon entangled state, quantum imaging, coincidence measurement

1引言 4

2 基于纠缠光源的量子成像 4

2.1 纠缠双光子源的量子成像原理 4

2.2 纠缠双光子源的量子成像研究进展 8

3 基于双光子纠缠源的量子成像方案 9

总结 11

参考文献 12

致谢 13

1引言

成像技术的不断发展深刻影响人们的生活质量以及科学技术的发展。量子成像是量子光学领域的一个重要分支。著名的HBT实验研究光的强度关联，开启了实验研究光的量子特性的序幕。量子成像基于信号源的量子涨落，通过提取具有关联性质的强度信息，完成对物体的非局域成像，可以实现亚波长干涉，成像的分辨率可以超越经典衍射极限，在低于奈奎斯特采样率的情况下仍能达到扫描成像的效果。量子成像主要有基于纠缠光子对的符合计数成像和基于热光场的强度关联成像。

二阶关联性质被认为是新奇的量子成像的根源，由同一光源发出的两束光，其中一束通过物体照射到一个桶探测器，与另一路直接到达一个参考探测器的光束做符合测量，符合测量的结果重现了物体，这种符合成像技术被称为基于纠缠双光子的量子关联成像或“鬼成像”。纠缠光子具有高度的时间和空间的相干性，基于双光子纠缠，利用双光子符合探测技术恢复待测物体空间信息的量子成像技术的应用前景广阔，在理论和实验上都有许多进展。本文拟在详细调研相关原理和进展的基础上，给出一个基于纠缠双光子的量子成像的理论方案。

2 基于纠缠光源的量子成像

2.1 纠缠双光子源的量子成像原理

作为利用量子纠缠发展起来的量子成像技术，在纠缠双光子情况下，分布于空间两个分离点的光子表现出一一对应的性质，如偏振、频率等。量子成像开始于产生两束纠缠光波束的源设备。每一束纠缠光波束是由单个光子组成的光子流，它们在频率和极化方面有着确定的一一对应的关系。对两束纠缠的光子进行测量，如果可以确定一个光子的偏振或频率等特性，那么它也将自动表明与其纠缠的另一光子的相应状态。