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高阳答辩公告
浏览次数:日期:2018-05-25编辑:研究生教务办1

答辩公告

论文题目

赝热光鬼成像的双光子几何光学机制研究

答辩人

高阳

指导教师

傅喜泉 教授

答辩委员会

主席

王春华 教授

学科专业

计算机科学与技术

学院

信息科学与工程学院

答辩地点

信息科学与工程学院   203会议室

答辩时间

2018528

上午9:00


学位论文简介


鬼成像是通过计算光场的关联函数,得到物体的物象或者物体的衍射参量的一种全新的成像手段。由于鬼成像第一次被证实的时候用的是双光子纠缠光源,所以对于鬼成像的解释就归结于双光子光源的纠缠性。随后的理论和实验研究工作同时证明,用赝热光源作为鬼成像光源依然可以实现鬼成像。然而,纠缠光源和赝热光源的成像机制却有不同的解释。基于双光子几何光学对鬼成像的研究发现,纠缠光源在鬼成像过程中所扮演的角色类似于平面镜。对于经典光源情况,光源在鬼成像过程中起到相位共轭镜的作用。另外,对于光源来说还可以采用双色光作为鬼成像的光源。由于鬼成像奇异的物理机制,吸引着越来越多的科研工作者探索其潜在的应用价值。本文基于双光子几何光学,主要工作如下:

(1) 在各种成像系统中,点扩散函数理论是一种非常重要而且基础的理论。通过热光鬼成像的定义结合柯林斯公式,我们得到热光鬼成像的理论解析式,鬼成像中的光强关联函数的涨落可以看成是物体和点扩散函数的卷积,鬼成像的成像质量取决于点扩散函数的宽度。基于柯林斯的光学传输的矩阵光学原理,我们可以写出鬼成像系统的点扩散函数宽度,以此来估计新设计的鬼成像系统相对于已存在的几种鬼成像系统的优劣。分析了几种常见的鬼成像系统,验证了我们的理论的正确性。研究发现在鬼成像中,探测臂透镜可以改善鬼成像质量,参考臂不能改善成像质量只改变大小。最后,我们研究了参考臂透镜和探测臂透镜同时作用下对鬼成像的影响,并发现了高质量远距离鬼成像系统。另外,通过关联成像的过程中关联的光线自光源发出,可以得到鬼成像的几何光学形式。一般的,赝热光源在关联成像的过程中起到相位共轭镜的作用,并使物体在关于光源对称的地方成像。研究发现,双光子几何光学理论和点扩散函数理论符合的很好。

(2) 对于均匀介质中的鬼成像,我们给出了原理性证明实验。相对于传统的直接成像手段,鬼成像在某些范围内可以得到更高质量的像,这个结果对水下鬼成像有重要的意义。我们重点讨论了水下鬼成像深度对鬼成像的影响,以及不同介质中的鬼成像。得到了影响鬼成像质量的和介质折射率有关的鬼成像点扩散函数解析式,分析了最佳鬼成像条件。增加介质折射率,可以提高鬼成像质量。从双光子几何光学理论角度,实验结果和理论符合的很好。

(3) 基于双光子几何光学理论,我们讨论了赝热光鬼衍射原理,并且证明了在鬼衍射过程中赝热光源起到相位共轭镜的作用。研究发现赝热光鬼衍射条件,探测臂和参考臂等长只是一个特殊情况,并非是唯一的条件。鬼衍射产生的条件可以通过调节被测物体到物光探测器的距离和鬼像到参考臂探测器的距离来实现,我们发现当上述两个距离同时满足在夫琅和费区域就可以产生鬼衍射。另外,我们还研究了含透镜的鬼衍射过程。


主要学术成果

[1] Yang Gao, Xiquan Fu, Yanfeng Bai, “Ghost imaging in transparent liquid”. Journal of Optics, 2017, 46(4) : 410414. (EI)

[2] Yang Gao, Yanfeng Bai, Xiquan Fu, “Point-spread function in ghost imaging system with thermal light ”. Optics Express, 2016, 24 (22) : 2585625866. (SCI二区)

[3] Yang Gao, Xiquan Fu, “Geometrical optics in Fourier-transform ghost diffraction with thermal light”. (In the preparation)

[4] Yang Gao, Xi-Quan Fu, Kai-He Ding,“Current transport through Topological Insulator Quantum Dot systems”. (submited to Annals of Physics)



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