帶你走進 「鬼成像」

鬼成像概述

鬼成像是近年來引起廣泛研究的一種成像技術。與傳統成像光學不同的是，在鬼成像中，光源被分成兩束，一束光照在物體上，並通過一個沒有空間分辨能力的桶探測器接收透過物體的總光強，另一束光直接被一個具有空間分辨能力的探測器探測，將兩個探測器的信號進行二階關聯運算即可得到物體的像，其測量裝置如圖1所示。從光源發出的光被分束器分成兩部分：一部分經過參考系統，另一部分經過信號系統。光場強度關聯測量由兩個系統輸出平面上的探測器分別記錄強度，輸入關聯器作乘法運算，再對乘積進行多次平均後得到強度關聯分布。

中科院上海光機所副研究員、「鬼成像」X光顯微鏡研究的主要負責人喻虹解釋說：傳統光學成像是基於光的分布測量，而「鬼成像」則是基於光波能量的關聯測量。確切地說，不是「看見」，而是「算出」。整個世界就是一個由無數光子組成的量子場，這些光子如潮水般不停漲落，只是不為我們的肉眼所見罷了。最重要的是，量子場中每一個光子的狀態都能被精確計算。因此，通過對這些光子能量的探測和計算，便能為每一個成像目標反演出我們需要的圖像。

鬼成像發展

糾纏光源階段

上世紀80年代，前蘇聯學者Klyshko根據自發參量下轉換光子對的糾纏行為，提出了「鬼」成像方案。

1995年，美國馬里蘭大學的史硯華小組利用自發參量下轉換(SPDC)過程產生的糾纏光子對，結合符合測量技術，實現了一種關聯成像和干涉現象，即所謂的「鬼」成像和「鬼」干涉。

2001年，波斯頓大學的一個小組率先發表評論：「糾纏是產生量子成像的重要前提條件，經典光不能模擬這種現象」。

經典激光實驗

實驗裝置如圖3所示，He-Ne激光通過一個斬波器，被一個隨機旋轉的反射鏡反射，再經光學分束器分成兩路。反射光束經過一透鏡和物體後被一探測器收集，透射光束經過一透鏡後被CCD記錄。實驗中的物體由兩個字母UR組成。關聯測量得到的該物體的像如圖10中的插圖所示。

熱光源階段

2002年經典光源的鬼成像就被羅切斯特大學的Bennink實現了，他們使用的是脈衝激光。

2004年，義大利的Lugiato小組率先從理論上提出了熱光源的鬼成像方案。

2005年，史硯華小組完成第一個熱光鬼成像實驗，他們使用的是激光入射毛玻璃產生的贗熱光。同年，中科院物理所的吳令安小組利用銣燈首次實現了真熱光源的鬼成像。

鬼成像應用

應用前景

鬼成像是一種利用光場的二階相干性實現成像的技術。不同於傳統成像，熱光鬼成像的光路中不需要成像透鏡，並且具有穿透雲霧和湍流干擾的能力，這些使鬼成像具有了廣闊的應用前景。

應用實例

軍事：當對下方無法準確觀測時，鬼成像技術能夠幫助直升機判斷投彈目標。

探測：鬼成像能避免雲霧和煙等使常規成像技術無能為力的氣象條件的干擾，從而獲得更清晰的圖像。

搜救：在搜救行動中，也能利用到鬼成像技術。即可以採用非相干X射線源，來實現具有納米解析度的衍射成像。

醫療：鬼成像技術應用到醫療上，也可使我國醫療水平向前邁出堅實的一步。

鬼成像未來

面臨的難點

基於鬼成像的成像特點，使得鬼成像的成像速度與成像質量遠不如傳統成像

由於熱光源更易獲得，並且數據處理更加簡單快速，熱光鬼成像更加適合於在實際應用中使用。然而，熱光鬼成像的一個關鍵缺點在於成像質量較差。

鬼成像技術是一種以雙光子糾纏理論為基礎而發展的新興成像技術，它將光源分為兩束，一束探測物體後被接收，另一束直接被接收，再將兩個接收器上的數據進行二階關聯運算後得到物體的像。

由於它的雙向接收光源的特點，它可以很好地完成對某些用經典光學成像技術無法進行成像的物體（如被遮蔽的物體）成像的任務。在軍事、探測等方面具

它經歷了由糾纏光源到熱光源的發展，逐步趨向於便捷，但在成像的速度和質量上仍有較大的發展空間。

鬼成像技術擁有廣闊的應用前景，相信在越來越多的有志之士的努力下，它會不斷發展，趨於成熟！

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