济南量子技术研究院

JINAN INSTITUTE OF QUANTUM TECHNOLOGY

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研究院完成基于颜色擦除强度干涉的高空间分辨成像

发布时间:

2021-09-03

济南量子技术研究院执行院长张强、谢秀平高工、郑名扬副研究员与中国科大潘建伟院士团队合作,利用研究院自行研制的颜色擦除探测器搭建强度干涉仪,成功分辨出1.43km距离外相距4.2mm的两个不同波长(1063.6 nm和1064.4 nm)光源,以超过单望远镜衍射极限40倍的结果验证颜色擦除强度干涉技术具备高空间分辨成像能力,拓展了强度干涉技术的应用范围,有望被应用于天文观测、空间遥感和空间碎片探测等领域。该成果于2021年9月3日发表在国际知名学术期刊《物理评论快报》上。


干涉仪被广泛用于各种高空间分辨成像技术中,以突破单镜片有限孔径下的分辨率极限(衍射极限)。上世纪50年代,科学家发现了Hanbury Brown and Twiss效应(简称HBT效应),并提出了利用该效应的强度干涉技术。1956年,他们搭建强度干涉仪成功测出天狼星的直径,成为该技术一个经典应用案例。不过这种传统的强度干涉方案要求进入探测器的光子全部具有相同的波长,限制了其应用范围。


2016年,美国物理学家,诺贝尔奖获得者Frank Wilczek和其同事在理论上提出,将基于频率转换原理的颜色擦除探测器引入强度干涉仪,可以使得进入探测器的不同波长光子也发生干涉并提取出相位信息。他们将这种新技术命名为颜色擦除强度干涉技术。随后,基于研究院自行研制的周期极化铌酸锂波导,研究院与中国科大潘建伟团队合作,首次搭建颜色擦除单光子探测,并基于此在实验室内原理演示强度干涉技术(Phys. Rev. Lett. 123, 243601 (2019))。



图1:实验系统示意图


为验证该技术具备高空间分辨成像能力,团队继续合作在上海开展了外场实验。如图1所示,团队利用两种不同波长的泵浦光分别泵浦并联的两个PPLN波导,实现了无法分辨1063.6 nm和1064.4 nm光子差异的颜色擦除探测器,并成功验证了该系统的高空间分辨成像能力。《物理评论快报》杂志审稿人评价“这项工作为超越由孔径大小决定的传统衍射极限提供了一种新的有趣成像方法(”This explores one of a variety interesting methods to image beyond the traditional diffraction limit driven by aperture sizes“)。


该研究工作得到了山东省重点研发计划、山东省自然科学基金、济南泉城产业领军人才和济南高新区管委会的支持。


论文链接: 

https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.127.103601