簡介
“鬼”成像( ghost imaging)又稱雙光子成像( two-photon imaging ) 或關聯成像( correlated imaging) ,是一種利用雙光子複合探測恢復待測物體空間信息的一種新型成像技術.傳統的光學觀察是基於光場的強度的分布測量,關聯光學則基於光場的強度的關聯測量,並且現有的成像技術主要利用光場的一階關聯信息(強度與位相),而經典‘鬼’成像利用的光場的二階關聯被認為是一種強度波動的統計相關。 作為愛因斯坦-波多爾斯基-羅森( EPR) 佯謬爭端的一個結論,糾纏光子對的空間非定域特性得到了廣泛的認同。這種奇特的性質引發了與量子信息相關的研究。1993 年巴西科學家通過實驗發現,採用糾纏熱光源,通過複合計數,能使原本由於退相干而消失的楊氏干涉條紋,重新呈現在包含楊氏雙縫的光路上;而稍早,俄國科學家採用同樣的手段,使得物體的邊緣衍射條紋,呈現在並不包含物體的光路上 。此後,有關非局域量子成像的研究迅速開展起來。“非局域”,指通過一定的手段,使像在並不包含物體的光路上生成;因此這種成像的方式也叫“鬼成像”。
技術原理
曾一度認為,只有基於糾纏態雙光子的糾纏光源,才能實現鬼成像;但近年來的研究表明,經典熱光場也能實現這一過程。從經典統計光學入手,建立了熱光場的數值模型,模擬符合熱光特性的光場變化、光場傳播、以及物體透射函式對熱光場的調製,進而從光強度起伏的關聯函式中,分別重現振幅型物體和純相位型物體的傅立葉變換圖像;通過與真實實驗結果的對比,表明基於統計光學原理的該數值模型所預測的實驗結果,與真實的實驗結果完全一致,這表明,基於統計光學的無透鏡鬼成像亦可以實現。
電腦程式會比較從物體和光源得到的不同圖像,並進行合成。這會產生一個“鬼像”,即這一物體的一張黑白或彩色照片。早期的“鬼像”是輪廓像,但目前的“鬼像”已較為逼真。 陸軍研究實驗所的量子物理學家羅恩·邁耶斯和他的團隊在陸軍研究實驗所的量子實驗室中得到的第一張“鬼像”,是一個不透明物體的圖像。 邁耶斯說:“我認為,或者說我希望,若干年後,會出現這樣的情景:一名軍人使用一台量子鬼成像機,透過戰場上的硝煙,辨清敵友。”量子鬼成像技術可以使用幾乎任何光源———螢光燈泡、雷射甚至太陽,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,從而獲得更為清晰的圖像。
套用
邁耶斯表示鬼成像技術在軍事領域還有其他套用。鬼成像感測器也許可以使直升機或無人機獲得能評估投下的炸彈所造成的破壞程度的圖像。在醫學領域和搜救行動中,也能利用這種成像技術。即可以採用非相干X射線源,來實現以往只能利用相干X射線才能完成的、具有納米解析度的衍射成像 。