本發(fā)明屬于量子信息技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)光學(xué)成像技術(shù)是通過記錄輻射場的光強分布來獲取目標(biāo)的圖像信息，因此成像與振幅改變量相關(guān)。而對于相位型目標(biāo)和物體，經(jīng)典探測手段無法成像，因此急需一種可以實現(xiàn)純相位物體成像的系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的成像系統(tǒng)純相位物體成像困難的問題，本發(fā)明提供了一種基于光子軌道角動量的純相位物體成像系統(tǒng)。

一種基于光子軌道角動量的純相位物體成像系統(tǒng)，它包括激光器、bbo晶體、兩個透鏡、兩個濾波片、螺旋相位板、空間光調(diào)制器、兩個單光子探測器、兩個數(shù)據(jù)采集卡、關(guān)聯(lián)測量電路和控制終端；

激光器發(fā)出的光經(jīng)bbo晶體后，產(chǎn)生等大反號的光子軌道角動量糾纏的光子對，

其中，光子對中一束光子作為信號光經(jīng)一個透鏡聚光后，又經(jīng)一個濾波片濾波，入射至空間光調(diào)制器，

空間光調(diào)制器根據(jù)控制終端發(fā)出的相位控制信號，使其形成相位全息圖，使入射至空間光調(diào)制器的信號光，逐點掃描相位全息圖，以改變?nèi)肷湫盘柟獾南辔缓螅敵龅男盘柟庥滞ㄟ^單模光纖耦合后，入射至一個單光子探測器，該單光子探測器電信號輸出端與一個數(shù)據(jù)采集卡的電信號輸入端連接，該數(shù)據(jù)采集卡的脈沖信號輸出端與關(guān)聯(lián)測量電路的第一脈沖信號輸入端連接；

光子對中另一束光子作為閑置光經(jīng)另一個透鏡聚光后，又經(jīng)另一個濾波片進(jìn)行濾波后，入射至螺旋相位板進(jìn)行相位轉(zhuǎn)換后，相位轉(zhuǎn)換后的閑置光通過單模光纖耦合后，入射至另一個單光子探測器，該單光子探測器電信號輸出端與另一個數(shù)據(jù)采集卡的電信號輸入端連接，該數(shù)據(jù)采集卡的脈沖信號輸出端與關(guān)聯(lián)測量電路的第二脈沖信號輸入端連接；

關(guān)聯(lián)測量電路對接收的兩路脈沖信號進(jìn)行與運算，獲得關(guān)聯(lián)計數(shù)結(jié)果，控制終端根據(jù)關(guān)聯(lián)測量電路輸出的關(guān)聯(lián)計數(shù)結(jié)果，通過關(guān)聯(lián)算法解算及信號光對純相位物體的掃描路徑，從而恢復(fù)出純相位物體的清晰像。

空間光調(diào)制器為透射式相位型空間光調(diào)制器。

所述的經(jīng)空間光調(diào)制器透射的信號光為高斯光，相位轉(zhuǎn)換后的閑置光為高斯光。

所述的光子對中一束光子為+1階拉蓋爾—高斯光或-1階拉蓋爾—高斯光，且當(dāng)該一束光子為+1階拉蓋爾—高斯光時，另一束光子為-1階拉蓋爾—高斯光，當(dāng)一束光子為-1階拉蓋爾—高斯光時，另一束光子為+1階拉蓋爾—高斯光。

所述的+1階拉蓋爾—高斯光對應(yīng)純相位物體相位為0，-1階拉蓋爾—高斯光對應(yīng)純相位物體相位為π。

所述的濾波片為激光純化濾波片，波長710nm，帶寬2nm，中心波長透過率大于90％，直徑25.4mm。

所述的單模光纖直徑約6.25um，耦合效率趨近30％。

所述的激光器發(fā)出的光為波長是355nm的高斯光。

所述的激光器輸出的光源為半連續(xù)激光源。

所述的一種基于光子軌道角動量的純相位物體成像系統(tǒng)，還包括第三個透鏡，該透鏡位于激光器與bbo晶體之間。

本發(fā)明帶來的有益效果是，本發(fā)明所述的基于光子軌道角動量的純相位物體成像系統(tǒng)，是一種可以實現(xiàn)非定域成像系統(tǒng)，主要以光子軌道角動量糾纏態(tài)為基礎(chǔ)，分析純相位物體的成像過程，并將產(chǎn)生的糾纏光子對分成兩路，并在其中一路中放置全相位物體，此路為信號光路，另一路為閑置光路，通過記錄兩條光路的關(guān)聯(lián)計數(shù)，利用關(guān)聯(lián)算法解算就可以恢復(fù)出純相位物體的清晰像。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的基于光子軌道角動量的純相位物體成像系統(tǒng)的原理示意圖。

具體實施方式

具體實施方式一：參見圖1說明本實施方式，本實施方式所述的一種基于光子軌道角動量的純相位物體成像系統(tǒng)，它包括激光器1、bbo晶體2、兩個透鏡10、兩個濾波片3、螺旋相位板4、空間光調(diào)制器5、兩個單光子探測器6、兩個數(shù)據(jù)采集卡7、關(guān)聯(lián)測量電路8和控制終端9；

激光器1發(fā)出的光經(jīng)bbo晶體2后，產(chǎn)生等大反號的光子軌道角動量糾纏的光子對，

其中，光子對中一束光子作為信號光經(jīng)一個透鏡10聚光后，又經(jīng)一個濾波片3濾波，入射至空間光調(diào)制器5，

空間光調(diào)制器5根據(jù)控制終端9發(fā)出的相位控制信號，使其形成相位全息圖，使入射至空間光調(diào)制器5的信號光，逐點掃描相位全息圖，以改變?nèi)肷湫盘柟獾南辔缓?，輸出的信號光又通過單模光纖耦合后，入射至一個單光子探測器6，該單光子探測器6電信號輸出端與一個數(shù)據(jù)采集卡7的電信號輸入端連接，該數(shù)據(jù)采集卡7的脈沖信號輸出端與關(guān)聯(lián)測量電路8的第一脈沖信號輸入端連接；

光子對中另一束光子作為閑置光經(jīng)另一個透鏡10聚光后，又經(jīng)另一個濾波片3進(jìn)行濾波后，入射至螺旋相位板4進(jìn)行相位轉(zhuǎn)換后，相位轉(zhuǎn)換后的閑置光通過單模光纖耦合后，入射至另一個單光子探測器6，該單光子探測器6電信號輸出端與另一個數(shù)據(jù)采集卡7的電信號輸入端連接，該數(shù)據(jù)采集卡7的脈沖信號輸出端與關(guān)聯(lián)測量電路8的第二脈沖信號輸入端連接；

關(guān)聯(lián)測量電路8對接收的兩路脈沖信號進(jìn)行與運算，獲得關(guān)聯(lián)計數(shù)結(jié)果，控制終端9根據(jù)關(guān)聯(lián)測量電路8輸出的關(guān)聯(lián)計數(shù)結(jié)果，通過關(guān)聯(lián)算法解算及信號光對純相位物體的掃描路徑，從而恢復(fù)出純相位物體的清晰像。

本實施方式，空間光調(diào)制器5根據(jù)控制終端9發(fā)出的相位控制信號，使其形成相位全息圖，該相位全息圖相當(dāng)于純相位物體，信號光穿透純相位物體，改變信號光的相位，從而可恢復(fù)出純相位物體的清晰像

單光子探測器6用于檢測從單模光纖中傳送過來的光子，當(dāng)有一個光子進(jìn)入單光子探測器6時，探測器就向外輸出一個高電平。

數(shù)據(jù)采集卡7，用于從單光子探測器6電信號輸出端接收高電平，并向外輸出每秒鐘所接受到的高電平的數(shù)目。

bbo晶體2為第一類非線性晶體，用于產(chǎn)生糾纏的光子對。

關(guān)聯(lián)測量電路8，當(dāng)于一個與門。由于糾纏光子對它們是在下轉(zhuǎn)換過程中由一個光子分裂而成的，因此它們在產(chǎn)生的時間上是嚴(yán)格一致的。在測量端，檢測到兩邊有光子同時到達(dá)記數(shù)一次，關(guān)聯(lián)測量電路8就是將這兩路的高低電平作與運算。關(guān)聯(lián)測量邏輯電路最后輸出在一秒內(nèi)兩邊有光子同時到達(dá)發(fā)生的次數(shù)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明基于光子軌道角動量的純相位物體成像系統(tǒng)可以更加精準(zhǔn)的獲得目標(biāo)的圖像信息，提高系統(tǒng)性噪比。

原理分析：首先讓激光器1發(fā)出的激光照射在bbo晶體2上。激光光經(jīng)過bbo晶體2之后，有一部分被轉(zhuǎn)化為710nm的激光，沿兩路分別傳播，一路是信號光，另一路為閑置光。兩支光路是對稱的，只需要對其中一路的傳播進(jìn)行分析。

在信號光路上，信號光首先經(jīng)過一個透鏡10，使光束變得更加的集中，通之后經(jīng)過一個濾波片3，濾掉外界雜光。然后照射在純相位物體上，純相位物體由空間光調(diào)制器5產(chǎn)生，之后耦合進(jìn)入單模光纖，其中非高斯光的束腰較大的不能進(jìn)入單模光纖，只有那些被空間光調(diào)制器改變相位之后變?yōu)楦咚构獾墓庾涌梢赃M(jìn)入，單模光纖將接收到的光子送入到單光子探測器6中。有光子進(jìn)入單光子探測器6時就向外輸出一個高電平。

其中，在信號光路上，為了不丟失物體的信息，我們對全相位物體進(jìn)行逐點的傳輸，用全相位物體每一點的相位信息決定輸入空間光調(diào)制器相位全息圖。當(dāng)全相位物體的某一點的相位為0時，通過控制終端9向空間光調(diào)制器5輸入lg0，0模式的全息圖，此時，信號光路和閑置光路所檢測的光子之間沒有糾纏關(guān)系，因此所得符合計數(shù)值低；當(dāng)全相位物體的某點的相位為π時，則向空間光調(diào)制器上輸入lg-1,0模式的相位全息圖，此時信號光路和閑置光路中所檢測的光子是糾纏的，因此所得符合計數(shù)值較高。

不斷的重復(fù)這以過程，在測量端最終將得到全相位物體每一點所對應(yīng)的符合計數(shù)值。數(shù)據(jù)采集卡把收集到的脈沖序列輸入到關(guān)聯(lián)測量電路8中，關(guān)聯(lián)測量電路8對輸入的兩路脈沖序列做與運算，利用這些符合計數(shù)值，就可以恢復(fù)出物體的圖像。

具體實施方式二：參見圖1說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式一所述的一種基于光子軌道角動量的純相位物體成像系統(tǒng)的區(qū)別在于，空間光調(diào)制器5為透射式相位型空間光調(diào)制器。

具體實施方式三：參見圖1說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式一所述的一種基于光子軌道角動量的純相位物體成像系統(tǒng)的區(qū)別在于，所述的經(jīng)空間光調(diào)制器5透射的信號光為高斯光，相位轉(zhuǎn)換后的閑置光為高斯光。

具體實施方式四：參見圖1說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式一所述的一種基于光子軌道角動量的純相位物體成像系統(tǒng)的區(qū)別在于，所述的光子對中一束光子為+1階拉蓋爾—高斯光或-1階拉蓋爾—高斯光，且當(dāng)該一束光子為+1階拉蓋爾—高斯光時，另一束光子為-1階拉蓋爾—高斯光，當(dāng)一束光子為-1階拉蓋爾—高斯光時，另一束光子為+1階拉蓋爾—高斯光。

具體實施方式五：參見圖1說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式四所述的一種基于光子軌道角動量的純相位物體成像系統(tǒng)的區(qū)別在于，所述的+1階拉蓋爾—高斯光對應(yīng)純相位物體相位為0，-1階拉蓋爾—高斯光對應(yīng)純相位物體相位為π。

具體實施方式六：參見圖1說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式一所述的一種基于光子軌道角動量的純相位物體成像系統(tǒng)的區(qū)別在于，所述的濾波片3為激光純化濾波片，波長710nm，帶寬2nm，中心波長透過率大于90％，直徑25.4mm。

具體實施方式七：參見圖1說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式一所述的一種基于光子軌道角動量的純相位物體成像系統(tǒng)的區(qū)別在于，所述的單模光纖直徑約6.25um，耦合效率趨近30％。

本實施方式中，單模光纖只能夠接收到束腰非常小的高斯光，其它模式的激光由于束腰太大不能被單模光纖接收到。它用于接收高斯光，并將這些光子送到單光子探測器6中。

具體實施方式八：參見圖1說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式一所述的一種基于光子軌道角動量的純相位物體成像系統(tǒng)的區(qū)別在于，所述的激光器1發(fā)出的光為波長是355nm的高斯光。

本實施方式中，激光器1作為系統(tǒng)的光源，要求具有較高功率以及功率穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定性，輸出的是波長355nm的高斯光，作為照射在非線性晶體上的泵浦光，要求強度非常高。

具體實施方式九：參見圖1說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式一所述的一種基于光子軌道角動量的純相位物體成像系統(tǒng)的區(qū)別在于，所述的激光器1輸出的光源為半連續(xù)激光源。

具體實施方式九十：參見圖1說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式一所述的一種基于光子軌道角動量的純相位物體成像系統(tǒng)的區(qū)別在于，還包括第三個透鏡10，該透鏡10位于激光器1與bbo晶體2之間。

本實施方式中，第三個透鏡10是為了將光束會聚起來打在bbo晶體2上。