[論文レビュー] Ghost Imaging with Blackbody Radiation

Yangjian Cai, Shi‐Yao Zhu|ArXiv.org|Jul 29, 2004

Random lasers and scattering media参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、黒体放射を用いたゴースト画像化の理論的枠組みを提示し、両方の光路に依存するガウス薄レンズ方程式を導出する。画像の品質は黒体温度が高く、光源のサイズが大きいほど向上するが、古典的強度揺らぎのため視認性は低下する。これは、エンタングルメントに起因する相関が存在する量子ゴースト画像化とは対照的であり、そこでは高視認性と高品質が共存する。

ABSTRACT

We present a theoretical study of ghost imaging by using blackbody radiation source. A Gaussian thin lens equation for the ghost imaging, which depends on both paths, is derived. The dependences of the visibility and quality of the image on the transverse size and temperature of the blackbody are studied. The main differences between the ghost imaging by using the blackbody radiation and by using the entangled photon pairs are image-forming equation, and the visibility and quality of the image

研究の動機と目的

• エンタングルド光子対の代わりに古典的黒体放射を用いてゴースト画像化が可能かどうかを調査すること。
• 光学コherence理論に基づき、黒体放射のためのゴースト画像形成方程式を導出すること。
• 画像の視認性および品質が黒体の温度および横断的サイズにどのように依存するかを分析すること。
• エンタングルド光子を用いた量子ゴースト画像化と、黒体放射を用いた古典的ゴースト画像化を比較すること。
• 古典的強度揺らぎ（ハンブリッジ・ブラウン＝トゥイス効果）が古典的ゴースト画像化に果たす役割を明確にし、量子もつれとは区別すること。

提案手法

• 2次コherence理論を用いて、黒体放射の4次相関関数を導出する。
• コリンの式と両光路の応答関数を適用して、システムをモデル化する。
• 温度および光源サイズに依存する2次相関関数の準ガウス近似を用いる。
• 両光路に依存するガウス薄レンズ方程式を導出し、画像形成を記述する。
• 画像のシャープネスを定量化するための画像品質係数Qを定義する。Qは伝達関数の積分比によって定義される。
• クロス相関関数および画像形成方程式の差異を分析することで、古典的ゴースト画像化と量子ゴースト画像化を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 古典的黒体放射を用いたゴースト画像化は可能か？ もし可能であれば、どのような条件下で成立するか？
• RQ2 黒体の温度および横断的サイズは、画像の視認性および品質にどのように影響するか？
• RQ3 黒体放射を用いた古典的ゴースト画像化における画像形成方程式の形は何か？
• RQ4 古典的ゴースト画像化のメカニズムは、エンタングルド光子を用いた量子ゴースト画像化とどのように異なるか？
• RQ5 ハンブリッジ・ブラウン＝トゥイス効果は、古典的ゴースト画像化においてどのような役割を果たし、視認性にどのように制限を及えるか？

主な発見

• 黒体放射の画像形成方程式はガウス薄レンズ方程式に従うが、量子の場合とは異なり、光路長項の符号が反転している。
• 画像品質（Q）は、黒体温度が高く、横断的サイズが大きいほど向上し、両者が無限大に近づくにつれて完璧に近づく。
• 温度およびサイズが上昇するにつれて視認性は低下し、無限大温度極限ではゼロに達する。これは強度揺らぎに起因するバックグラウンドノイズによるものである。
• 古典的ゴースト画像化では、高品質と高視認性が共存できないが、エンタングルド光子を用いた量子ゴースト画像化では両者が共存する。
• 古典的画像化におけるクロス相関関数には |E*(x)|² が含まれるが、|E(x)|² ではないため、バックグラウンドノイズが生じ、視認性が制限される。
• 光路2のレンズを位相共役ミラーに置き換えると、画像形成方程式が変化し、画像補正の可能性が示唆される。