[发明专利]一种基于光子轨道角动量的纯相位物体成像系统

说明书

一种基于光子轨道角动量的纯相位物体成像系统，属于量子信息技术领域。解决了现有的成像系统纯相位物体成像困难的问题。它包括激光器、BBO晶体、两个透镜、两个滤波片、螺旋相位板、空间光调制器、两个单光子探测器、两个数据采集卡、关联测量电路和控制终端；本发明以光子轨道角动量纠缠态为基础，分析纯相位物体的成像过程，并将产生的纠缠光子对分成两路，并在其中一路中放置全相位物体，此路为信号光路，另一路为闲置光路，通过记录两条光路的关联计数，利用关联算法解算就可以恢复出纯相位物体的清晰像。本发明适合于应用在军事、医疗、天文以及搜救等非定域纯相位物体成像领域。

技术领域

本发明属于量子信息技术领域。

背景技术

传统光学成像技术是通过记录辐射场的光强分布来获取目标的图像信息，因此成像与振幅改变量相关。而对于相位型目标和物体，经典探测手段无法成像，因此急需一种可以实现纯相位物体成像的系统。

发明内容

本发明是为了解决现有的成像系统纯相位物体成像困难的问题，本发明提供了一种基于光子轨道角动量的纯相位物体成像系统。

一种基于光子轨道角动量的纯相位物体成像系统，它包括激光器、BBO晶体、两个透镜、两个滤波片、螺旋相位板、空间光调制器、两个单光子探测器、两个数据采集卡、关联测量电路和控制终端；

激光器发出的光经BBO晶体后，产生等大反号的光子轨道角动量纠缠的光子对，

其中，光子对中一束光子作为信号光经一个透镜聚光后，又经一个滤波片滤波，入射至空间光调制器，

空间光调制器根据控制终端发出的相位控制信号，使其形成相位全息图，使入射至空间光调制器的信号光，逐点扫描相位全息图，以改变入射信号光的相位后，输出的信号光又通过单模光纤耦合后，入射至一个单光子探测器，该单光子探测器电信号输出端与一个数据采集卡的电信号输入端连接，该数据采集卡的脉冲信号输出端与关联测量电路的第一脉冲信号输入端连接；

光子对中另一束光子作为闲置光经另一个透镜聚光后，又经另一个滤波片进行滤波后，入射至螺旋相位板进行相位转换后，相位转换后的闲置光通过单模光纤耦合后，入射至另一个单光子探测器，该单光子探测器电信号输出端与另一个数据采集卡的电信号输入端连接，该数据采集卡的脉冲信号输出端与关联测量电路的第二脉冲信号输入端连接；

关联测量电路对接收的两路脉冲信号进行与运算，获得关联计数结果，控制终端根据关联测量电路输出的关联计数结果，通过关联算法解算及信号光对纯相位物体的扫描路径，从而恢复出纯相位物体的清晰像。

空间光调制器为透射式相位型空间光调制器。

经空间光调制器透射的信号光为高斯光，相位转换后的闲置光为高斯光。

所述的光子对中一束光子为+1阶拉盖尔—高斯光或-1阶拉盖尔—高斯光，且当该一束光子为+1阶拉盖尔—高斯光时，另一束光子为-1阶拉盖尔—高斯光，当一束光子为-1阶拉盖尔—高斯光时，另一束光子为+1阶拉盖尔—高斯光。

所述的+1阶拉盖尔—高斯光对应纯相位物体相位为0，-1阶拉盖尔—高斯光对应纯相位物体相位为π。

所述的滤波片为激光纯化滤波片，波长710nm，带宽2nm，中心波长透过率大于90％，直径25.4mm。

所述的单模光纤直径为6.25um，耦合效率为30％。

所述的激光器发出的光为波长是355nm的高斯光。

所述的激光器输出的光源为半连续激光源。

所述的一种基于光子轨道角动量的纯相位物体成像系统，还包括第三个透镜，该透镜位于激光器与BBO晶体之间。