[发明专利]量子波函数成像

摘要

本发明公开了一种利用直接精确测量被衍射粒子的量子波函数来实现物体立体成像的方法，核心是通过比较直接精确测量出的被衍射粒子的量子波函数分布和已知入射粒子的量子波函数分布来实现被测物体的立体成像。该方案相较于传统通过测量衍射强度分布，估计或者计算相位分布来成像，能够直接测量出衍射量子波函数的相位分布，从而获取被测物体更丰富的结构信息，具有成本低，易于调节和实现，并可广泛应用于成像，结构分析，测绘等领域；同时由于使用单粒子源，当被测物体是生物组织时，该方案可极大地降低对生物组织的伤害。 1

主权项

1.一种利用直接精确测量被衍射粒子的量子波函数来实现物体立体成像的

方法，其特征在于，包括：

对入射的单粒子进行预处理，使得入射粒子处于完全相同的用来作为指针

的已知初始内部自由度态；

根据被测物体大小和实际测量需要，对预处理后单粒子空间量子波函数进

行扩束和准直；

直接精确测量被物体衍射后粒子的量子波函数分布，通过和已知的入射粒

子的量子波函数分布比较，即可获得被测物体的立体成像。

2.根据权利要求1 所述的方法，其特征在于，进行被物体衍射后粒子的量

子波函数直接精确测量的步骤包括：

直接精确测量被测物体后距离为d 的成像面的粒子波函数分布；

距离d 的选取使得傍轴条件得到满足，利用快速傅里叶变换计算程序根据

逆向传播公式由成像面量子波函数分布逆向反推出被物体衍射粒子的量子波函

数分布。

3. 根据权利1 和权利2 所述的方法，其特征在于，对于成像面粒子的量子

波函数分布的直接精确测量的步骤包括：

在被测物体成像面某点使用外场或者装置改变此点处粒子内部自由度状态

到某个已知的不同于初始内部自由度态；

利用衍射装置收集后选择到某个特定动量态的粒子；

对收集粒子的内部自由度进行不同的测量，获得成像面被改变内部态位置

处粒子的量子波函数；

移动能够改变粒子内部自由度的外场或者装置，扫描整个成像面，获取粒

子在整个成像面的量子波函数分布。

4. 根据权利1‑3 任一项所述的方法，其特征在于，通过对后选择粒子内部

自由度不同力学量的测量，分别获得成像面粒子的量子波函数的实部与虚部，

从而直接精确获取被衍射粒子的量子波函数的相位分布。

5. 根据权利1‑4 任一项所述的方法，其特征在于，对于入射粒子间没有相

互作用或者相互作用很弱，例如光子，中子等，该方案对非单粒子源同样适用。

6. 根据权利1‑5 任一项所述的方法，其特征在于，该方案对于任一具有内

部自由度的量子客体同样适用。

7. 根据权利1‑6 任一项所述的方法，其特征在于，利用计算机存储直接测

量的被衍射粒子的量子波函数分布，并与已知的入射粒子的量子波函数进行比

较，直接在计算机上绘制出被测物体的立体像。