关联成像少量数据预处理差值压缩感知对应关联成像压缩感知基本理论少量数据预处理差值压缩感知对应关联成像方案仿真结果分析高阶差值筛选关联成像方案高阶关联成像基本理论高阶差值筛选关联成像方案仿真结果分析本章小结第四章基于角位置纠缠的量子关联成像方案角位置纠缠基本理论基于角位置纠缠的量子关联成像基于角位置纠缠的量子关联成像方案仿真结果分析本章小结第五章总结与展望课题研究总结进步的工作参考文献附录攻读硕士学位期间撰写的论文附录攻读硕士学位期间参加的科研项目致谢万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文专用术语注释表专用术语注释表缩略词说明鬼成像关联成像电荷耦合器对应鬼成像轨道角动量横向电磁匹配追踪算法分布。根据统计学可知，对于空间中固定点来说，观测到的光场强度值为的概率是最大的，但是由于光场强度涨落过快，其时间尺度约为，人眼根本来不及反应，因此测得的光场强度实际上是强度在定时间内的积分。此外，由于自然界中热光的强度般都很低，也就是说每个相干体积内的光子数是很少的，这也就会导致热光场的涨落被探测过程中噪声淹没。这也是热光强度涨落很难被观测到的原因。为了解决上述问题，和于年利用束激光透过块转速可控的毛玻璃，人为制造了个模拟自然界中热光性质的光源，称为赝热光源。毛玻璃是块表面粗糙的玻璃，束激光照射到玻璃表面后会被其表面大量独立分布的细小颗粒进行散射，这和自然界热光发光机制非常相似。通过控制毛玻璃的转速制造在时间和空间上都服从高斯分布的散射光场，模拟出热光光场性质。可以发现，随着毛玻璃的转动，当新的覆盖区域完全转动到原先的覆盖区域时，新的光斑覆盖区域和原先的光斑覆盖区域在空间上是独立互不相关的，从而，其中是激光和毛玻璃转轴的夹角度数，是毛玻璃转动的角速度是衡量赝热光源相干时间个重要参数。因此如果可以控制赝热光源的相干时间则可以通过控制毛玻璃的转动速度来达到控制的目的，相干时间也就是涨落时间。万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章关联成像的理论基础由于可以人为的控制赝热光的相干体积内光子数和相干时间，在探测自然界热光高阶关联性质时对实验装置的那些苛刻的条件也不再需要了，此外还可以用来演示和光相干性有关的许多现象。本文所做的工作的光源都是赝热光源。下面详细介绍赝热光源光场的基本理论。图赝热光示意图如图所示，束泵浦光照射到旋转毛玻璃上，其后形成的散射光场实际上就是用来模拟热光光场的赝热光场。记紧靠毛玻璃后的光场平面为其中点用，表示。方向代表垂直于光源平面的光轴。设毛玻璃表面打磨均匀，则透射函数为的随机过程是个空间平稳的随机过程。进步来说，如果毛玻璃表面打磨的很细，则可以近似为平稳的随机过程，设入射激光可以近似表示为个单色平面波，孔径函数为，其能表示光斑形状或根据需要能够进行调制的光斑形状，则紧靠毛玻璃后的光场平面可以表示为，，由式可知，在光场平面上的两点的相干函数可以表示为，，万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章关联成像的理论基础式中，，从上式可以发现赝热光源是时间平稳的，且不能对时间和空间进行变量分离。选择距离光源平面相同距离的两点，，并且轴和轴都与速度同个方向。进步分析传播段距离后的赝热光源的光场性质。点的光场可以用下式表示，，式中，为空间光自由传播的脉冲响应函数。取菲涅尔近似可以表示为，，式中，表示光波波数，表示光波波长。光场的二阶相关函数为，，，由式和可得，，由上式可以看出当，即两孔径不再重叠时，相关函数为零，此时空间两点的光场不再相关。令，则空间相关函数可以表示为，有上述分析描述可以发现经过段空间传播后非相干光源得到了定的相干性，这也是定义的物理意义。同时可以发现，赝热光源空间的相干性和孔径函数有关，不同的光斑形状决定了不同的赝热光频谱展宽。实验中激光光斑强度近似服从高斯分布，所以下面主要讨论这种情况，此时孔径函数，近似为个高斯窗，表示如下万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章关联成像的理论基础，，上式中是表示光斑大小的参数，于是孔径函数可以表示为，由式和上式可得，令，空间相关函数可以表示为，上式中，表示相干长度。上面主要分析了赝热光源光场的阶相干性质，下面再对其二阶性质进行相关分析描述。对于服从圆高斯分布的光场复变量，其均值为零，将相关函数，定义为如下形式，，其中，和都是满足式的服从圆高斯分布的复随机变量。根据数学定理，上式可以表示为，，，式中的求和号表示对下表的!种组合进行求和。当时，由式可以得到，，令上式中，可得万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章关联成像的理论基础，，，，由此可以得到赝热光源光场的二阶关联，即瞬时强度涨落的关联，从上式可以发现，只有最后项为零时，光场中两时空点瞬时光强才能完全独立，两处的光强涨落是相互独立的，即当两处光场的阶完全相干时，可以得到，此时。将式归化可以得到，其中。由上式可以发现赝热光场的阶关联信息实际上包含在二阶关联中。等人于年完成了赝热光源关联成像的实验，如图所示，赝热光源发出的光线被的分光镜分为两路，路为支路另路为支路。在支路中，光线传播距离后透过物体利用个短焦距的凸透镜将光线汇进行聚最后被桶探测器接收。在支路中，光束传播距离后被个进行横向平面扫描的点探测器接收。支路称为信号光路，含有物体信息但不做任何关于物体的空间分布的测量支路称为闲置光路，进行空间分布测量但不含有任何物体信息，只有将两条支路的信息进行关联计算才能恢复出物体信息，这个过程也就是关联成像的过程。由关联理论可知，二阶关联函数可以表示为ˆ，，其中为时空点坐标点，处的正频率场算符为对应的负频率场算符。两个探测器的符合计数率和，的关系是正比例关系。万方数据单位代码密级公开硕士学位论文论文题目基于高阶差值筛选和角位置纠缠的关联成像方案研究陈超赵生妹教授信号与信息处理无线通信与信号处理技术工学硕士二〇四年四月学号姓名导师学科专业研究方向申请学位类别论文提交日期万方数据万方数据南京邮电大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人学位论文及涉及相关资料若有不实，愿意承担切相关的法律责任。南京邮电大学学位论文使用授权声明本人授权南京邮电大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档允许论文被查阅和借阅可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索可以采用影印缩印或扫描等复制手段保存汇编本学位论文。本文电子文档的内容和纸质论文的内容相致。论文的公布包括刊登授权南京邮电大学研究生院办理。涉密学位论文在解密后适用本授权书。研究生签名日期研究生签名导师签名日期万方数据摘要关联成像，也称为“鬼”成像，它能够解决些常规成像方法无法解决的问题，可以获取些传统手段无法获取的成像，是量子光学领域的前沿和热点之。论文研究高阶差值筛选和角位置纠缠的关联成像方案，具有重要的理论意义和参考价值。论文首先提出了种基于差值筛选的关联成像方案，将闲置光路和信号光路的差值的均值作为筛选门限，结合对应关联成像方案，在闲置光路获得物体的像。进步选取少量差值数据进行预处理获得筛选门限。在此基础上，将压缩感知信号处理技术应用到少量数据预处理差值对应关联成像中，提出了种少量数据预处理差值压缩感知对应关联成像方案。数值仿真结果表明在达到同等成像质量的条件下，少量数据预处理差值压缩感知对应关联成像方案可以大大减少采样次数，缩短成像时间，且成像质量随着采样次数增加而提高。其次，论文将差值筛选关联成像方案推广至高阶关联成像，以提高关联成像的可见度。数值仿真结果表明随着关联阶数的增加，可见度逐渐提高。当关联阶数足够大时，理论上可见度可以接近。但是可见度的提高是以牺牲峰值信噪比为代价的。数值仿真结果表明当关联阶数由阶增加到阶时，峰值信噪比下降了。最后，论文给出了种基于角位置纠缠的量子关联成像方案。方案中，信号光路输入束，模式的高斯光，且加载个夹角为的扇形相位，其中扇形相位中扇形区域的相位值置为其它区域相位值置为，闲置光路输入束，模式的高斯光，两束光路发生耦合，符合计数表明不同扇形相位对应着不同的符合计数值，从而可以通过不同的符合计数值区分出不同的灰度值，实现多灰度物体的关联成像。论文以灰度灰度和灰度的图像进行数值仿真验证方案的有效性。关键词关联成像，对应关联成像，高阶，压缩感知，角位置纠缠万方数据，