[论文解读] 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 3

一句话总结

本文提出了一套基于黑体辐射的鬼成像理论框架，推导出依赖于两条光路的高斯薄透镜方程。结果表明，图像质量随黑体温度升高和光源尺寸增大而提升，但因经典强度涨落导致可见度下降，这与量子鬼成像中通过纠缠诱导相关性实现的高可见度与高质量并存形成对比。

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

研究动机与目标

• 研究是否可以使用经典黑体辐射而非纠缠光子对实现鬼成像。
• 基于光学相干性理论，推导黑体辐射的鬼成像形成方程。
• 分析图像可见度与质量对黑体温度和横向尺寸的依赖关系。
• 将基于黑体辐射的经典鬼成像与使用纠缠光子的量子鬼成像进行比较。
• 阐明强度涨落（Hanbury Brown-Twiss效应）在经典鬼成像中的作用，将其与量子纠缠相区分。

提出的方法

• 利用二阶相干性理论推导黑体辐射的四阶相关函数。
• 应用Collin公式和两条光路的响应函数来建模系统。
• 对依赖于温度和光源尺寸的二阶相关函数采用准高斯近似。
• 推导出依赖于两条光路的鬼成像形成高斯薄透镜方程。
• 引入图像质量因子Q以量化图像清晰度，其定义为传递函数积分之比。
• 通过分析互相关函数和成像方程的差异，比较经典鬼成像与量子鬼成像。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否使用经典黑体辐射实现鬼成像？若能，其条件是什么？
• RQ2 黑体的温度和横向尺寸如何影响图像的可见度与质量？
• RQ3 经典鬼成像中黑体辐射的成像方程形式为何？
• RQ4 基于黑体辐射的经典鬼成像机制与使用纠缠光子的量子鬼成像有何不同？
• RQ5 Hanbury Brown-Twiss效应在经典鬼成像中起什么作用？它如何限制可见度？

主要发现

• 黑体辐射的成像方程遵循高斯薄透镜方程，但与量子情况相比，光程项符号相反。
• 图像质量（Q）随黑体温度升高和横向尺寸增大而提升，当两者趋于无穷大时趋近完美。
• 随着温度和尺寸增加，可见度下降，在无限温度极限下趋于零，这是由于强度涨落引起的背景噪声所致。
• 在经典鬼成像中，高图像质量与高可见度无法共存，而量子鬼成像中通过纠缠相关性可同时实现两者。
• 经典成像中的互相关函数包含|E*(x)|²而非|E(x)|²，导致背景噪声，从而限制可见度。
• 若将路径二中的透镜替换为相位共轭镜，将改变成像方程，提示存在图像校正的潜在可能。