真热光源的无透镜_鬼_成像
三阶鬼成像的可见度研究
三阶鬼成像的可见度研究于佳意;常锋;姚治海;徐聪;董博;王晓茜【摘要】Ghost imaging,also called correlation imaging,has attracted much attention in recent years. It has in estima-ble development prospects in many fields. This article put forward a new experiment scheme of third-order ghost imag-ing according to a research of third-order ghost imaging. We got the visibility range of both the original and new scheme by calculating the third-order correlation functions. Then,we compared these two kinds of schemes,and anal-ysed the similarities and differences between them. The result showed that,the new imaging scheme could improve the image quality and visibility. This conclusion was verified by numerical simulation.%鬼成像又称为关联成像，近年来受到广泛的关注，在很多领域上都具有广阔的发展前景。
通过对热光三阶鬼成像进行研究，提出一种新的三阶鬼成像实验方案。
通过计算三阶关联函数，导出三阶关联函数原始方案与新方案的可见度取值范围，将两种方案进行比较，分析它们的异同。
光现象、凸透镜成像规律知识点
《光现象》知识点1、光源：自身能够发光的物体叫光源。
包括自然光源和人造光源。
2、光在同种均匀介质中是沿直线传播。
光在真空中传播速度是C=3×108m/s，空气中传播速度也认为是3×108m/s，光在水中的速度约为3C/4，在玻璃中的速度约为2C/3。
3、我们能看到不发光的物体是因为这些物体反射的光射入了我们的眼睛。
4、光的反射定律：反射光线、入射光线和法线在同一平面内，反射光线与入射光线分居法线两侧，反射角等于入射角。
（注：反射现象中，光路是可逆的）5、漫反射和镜面反射都遵循光的反射定律。
6、平面镜成像的实验原理是光的反射。
平面镜成像的实验方法是等效替代法。
（1）选玻璃板而不选镜子为了便于确定像的位置及比较像与物的大小。
（2）选择两只大小完全相同的蜡烛是为了比较像与物的大小。
（3）实验中玻璃板要垂直于桌面放置，不然，不论怎样移动后面的蜡烛，都不会与前面蜡烛的像完全重合。
（4）蜡烛的像不能用光屏接收到。
说明平面镜成的像是虚像。
（5）实验时用另一只等大的蜡烛与前面蜡烛的像完全重合，目的是：①比较像与物的大小；②确定像的位置。
（6）刻度尺在此实验中的作用：比较像与物到镜面距离的关系（7）一只蜡烛在玻璃板后面却成了两个像，原因是：玻璃板有两个反射面（或“玻璃板太厚”）。
实验时选用的玻璃板越薄越好。
（8）验证像与物到镜面距离关系时，要进行多次实验，目的是：找到更普遍的规律。
多次实验需要改变蜡烛的位置。
（9）用蜡烛进行实验时在较暗处实验效果更好。
（10）用跳棋子代替蜡烛进行实验时，缺点是：像比较暗，看不清。
用跳棋子实验时，怎样看清像：用手电筒照亮玻璃板前面的跳棋子。
7、平面镜成像特点：（正立的、等大的虚像）(1)平面镜成的像是虚像；(2)像与物体大小相等；(3)像与物体到镜面的距离相等；(4)像与物体对应点的连线被镜面垂直且平分（5）像与物体关于镜面对称。
8、平面镜应用：(1)成像；(2)改变光的传播方向。
凸透镜、凹透镜成像规律光路图简单易懂
透镜的应用： 凸透镜用于矫 正远视眼，凹 透镜用于矫正
近视眼
凸透镜和凹透镜的形状和结构
凸透镜：中间厚边 缘薄的透镜，形状 有球面形、抛物线 形等。
凹透镜：中间薄边 缘厚的透镜，形状 有球面形、双曲面 形等。
透镜的材质片组成，可 用来矫正视力或作为 摄影镜头等光学仪器 的一部分。
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凹透镜的成像规律还包括：当物体位于焦点以内时，物像同侧，像的位置由物距决定，且像距随着物距的减小而 增大；当物体位于焦点以外时，物像异侧，像的位置由像距决定，且像距随着物距的增大而减小。
添加标题
凹透镜的成像规律还包括：当物体位于凹透镜的焦距以内时，成正立、放大的虚像，且虚像在物体同侧；当物体位于凹透 镜的焦距以外时，成倒立、缩小的实像，且实像在物体异侧。
优点：可以矫正近视，适合近视患者使用 缺点：无法矫正远视，不适合远视患者使用 注意事项：使用时需保持清洁，避免刮伤
如何正确选择和使用凸透镜和凹透镜
凸透镜和凹透镜的优缺点比较 凸透镜和凹透镜的选择依据 使用凸透镜和凹透镜的注意事项 凸透镜和凹透镜的应用场景
汇报人：XX
凹透镜的应用场景
矫正近视：通过凹透镜 的折射作用，将远处物 体发出的光线会聚在视 网膜上，从而矫正近视。
制作望远镜：凹透镜 可以作为望远镜的目 镜，将远处的物体放 大，便于观察。
制作显微镜：凹透镜 可以作为显微镜的目 镜，将微小的物体放 大，便于观察和研究。
制作投影仪：凹透 镜可以作为投影仪 的光学元件，将图 像投影到屏幕上。
光线通过凸透镜后，折射光线会聚于一点，这一点称为焦点
光线通过凸透镜后，折射光线的反向延长线会聚于一点，这一点称为虚焦点
光线通过凸透镜后，会沿着直线传播，不会发生折射或反射等现象 凸透镜可以用于放大物体，例如老花镜和放大镜等
“鬼”成像及其研究现状
“鬼”成像及其研究现状王丽芝;祁烁;成春荣【摘要】叙述了有关“鬼”成像和“鬼”干涉起源的两个重要实验，并对近十年中“鬼”成像和“鬼”干涉问题的发展现状及其应用给予简单的介绍．【期刊名称】《牡丹江师范学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(000)003【总页数】3页(P17-19)【关键词】量子成像;“鬼”成像;纠缠【作者】王丽芝;祁烁;成春荣【作者单位】沈阳化工大学数理系,辽宁沈阳110142 ;沈阳化工大学数理系,辽宁沈阳110142 ;哈尔滨市第三中学物理教研室,黑龙江哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】O431.2光学成像和干涉是基本物理现象,它反映了波的本性.自上世纪80年代以来,在对非线性晶体的自发参量下转换过程产生的双光子纠缠进行的理论和实验研究[1]中,发现了一些新的光学现象,如“鬼”成像[2]、“鬼”干涉[3]以及亚波长干涉[4]等.这些奇特的物理效应更新了人们对于光现象认识的传统观念,为开拓新的光信息技术提供了可能.由于光源就有量子纠缠特征,干涉要求光源具有相干性,人们自然将之归于量子纠缠态的非定域性.最近的一系列研究结果[5]表明,“鬼”成像、“鬼”干涉以及亚波长干涉也可以用非相干的热光源通过强度关联来实现.这种相似性引发了关于量子纠缠和经典关联的争论[6].本文较详细的叙述了“鬼”成像和“鬼”干涉的起源,并对近十年中“鬼”成像和“鬼”干涉问题的发展现状及其应用给予简单的介绍.1995年,美国马里兰大学的史砚华小组利用自发参量下转换(SPDC)过程产生的纠缠光子对,结合符合测量技术,实现了一种关联成像和干涉现象,即所谓的“鬼”成像和“鬼”干涉.史砚华小组所采用的鬼成像实验[2]:激光(λp=351.1 nm)泵浦非线性晶体BBO(偏硼酸钡),发生简并II型自发参量下转换过程,每个泵浦光子按一定概率分裂成一对极化方向互相垂直的纠缠光子对(λs≃λi≃702.2 nm).光子对经极化分束器后,其中一个光子通过含有物体的测试光路,被探测器D1接收;另一个光子通过没有待测物体的参考光路后,由探测器D2接收.固定探测器D1,当探测器D2在某一特殊位置(像平面)作光束横向平面的逐点扫描时,两个探测器的符合计数恰好是待测物体的像.单个探测器(D1或D2)的强度分布是均匀的,但利用符合测量,对不含物体的光路的横向平面作逐点探测却得到了另一个光路中物体的像,最初使人感到难以理解,这也是“鬼”成像得名的原因.若探测器D2经BBO晶体到成像透镜的总长度Si为像距,透镜与探测器D1的距离S0为物距.透镜的焦距为f,则实现“鬼”成像的条件是三者应满足与经典高斯成像公式相似的双光子高斯薄透镜公式1/Si+1/S0=1/f.实验中所选取的数值为Si=1 200 mm,S0=600 mm,f=400 mm.“鬼”干涉[3]与“鬼”成像相似,不同之处在于待测物体换成了双缝,同时去掉了与成像有关的透镜.“鬼”干涉与“鬼”成像属于同一起因,都反映出光场的高阶关联特性.但“鬼”干涉发生在远场,是两个光路的光子间的动量关联,而“鬼”成像发生在近场,反映的是光子间的位置关联.与“鬼”成像相同,两个探测器D1和D2的单独计数都是均匀的,没有发现一阶干涉条纹,这与光源的一阶非相干性一致.但如果固定探测器D1,水平扫描探测器D2,符合测量的结果可以得到“鬼”干涉条纹.可以证明这种干涉条纹与相同条件下,不借助符合测量,由相干光照射该双缝所形成的经典干涉条纹完全相同.经过10年的发展,鬼成像技术目前正从单纯的理论研究逐渐走向实际应用.史砚华小组在最初发现纠缠光子对的鬼成像时,就已经设想利用某些经典光源,可能部分地模拟纠缠光的这种奇特行为.但是,随着时间的推移,人们并没有很快地观察到经典光源的这种现象.于是,学术界开始对经典光能否产生鬼成像产生争论.2001年,波斯顿大学的一个小组率先发表评论:“纠缠是产生量子成像的前提条件,经典光不能模拟这种现象”.[7]然而仅仅过了一年,经典光源的鬼成像就被罗切斯特大学的Bennink 等[8]实现了,他们使用的是脉冲激光.Bennink等人实验的成功激发了各国学者利用经典光(主要指热光源)模拟鬼成像的兴趣.使用热光场的意义在于,它是自然界中最常见也是最容易获得的光源,理所当然地被人们视为纠缠光源的理想替代品.而目前技术产生的纠缠光强度极弱,这将限制其在实际应用中的发展.2004年,意大利的Lugiato小组[9]率先从理论上提出了热光源的鬼成像方案.第一个热光鬼成像实验是由史砚华小组于2005年完成的,他们使用的是激光入射毛玻璃产生的赝热光.同年,中科院物理所的吴令安小组利用铷灯首次实现了真热光源的鬼成像.2001年,史砚华小组发现了另一个奇特的现象,简单地说就是当鬼干涉实验装置的两个探测器做反向同速探测时,利用λ波长的纠缠光得到的鬼干涉条纹与波长为λ/2的光源产生的普通鬼干涉条纹(或经典的干涉条纹)相同.由于波长λ的光产生出对应于λ/2的干涉图,所以这一现象被称为亚波长干涉(subwavelength interference).精细的条纹可用于光刻技术,而这一方法又是采用量子纠缠光源获得的,因此又称为量子光刻(quantum lithography).2005年,北京师范大学的汪凯戈小组首次观察到了赝热光的亚波长干涉现象.同年,吴令安小组也观测到了真热光(铷灯)的亚波长干涉现象.尽管最初的“鬼”成像实验都需要借助成像透镜,但这并不意味没有透镜就不能产生“鬼”成像.2006年,史砚华小组首次实现了无透镜的鬼成像[10].由于成像方案中无需透镜的帮助,使其可能的光源波段从可见光延伸到非可见光波段,例如X射线. “鬼”成像的问题之所以受到人们长时间的关注,一个重要原因是它在量子测量和计量学、量子保密通讯、量子光刻及量子全息术等诸多领域都有潜在的应用价值.不过对其研究的真正意义还是在物理方面,它使我们对各种光源的干涉本质有了更进一步的认识.这两种光源与激光(相干态)源不同,它们都是非相干光源,存在强烈的但光子强度涨落,不能发生普通的(一阶)干涉效应.关于纠缠光源和热光源的双缝实验,这两种光源都存在二阶干涉效应.对于纠缠光源,二阶干涉效应可以用两个光子的空间纠缠来解释.而对于热光源,它源于热统计规律高阶空间关联的本性.尽管量子理论和经典统计理论完全可以解释这两类高阶双缝干涉效应,但我们却面临一些问题需要深入思考.例如,既然非相干光源也可以发生高阶干涉,如何理解光的相干性?在光场的高阶关联问题中,量子纠缠和经典关联在物理本质上的区别是什么?纠缠态的非定域性反映在哪里?此外,双缝干涉是理解物质波粒二象性的最佳“思想实验”,如何从光子的观点来理解高阶双缝干涉等.量子光学的产生开始于半个世纪之前的HBT实验.英国天体物理学家Hanbury-B row n和Tw iss为了获得天体尺寸的信息,提出了光的强度关联的测量方案.在实验中,他们发现当热光被分束器分为两束时,他们在不同时刻的强度关联〈I1(t)I2(t+τ)〉总是大于平均强度之积〈I1(t)〉〈I2(t+τ)〉.当τ=0时,前者是后者的两倍,只有在延迟时间τ很大时,两者才相等.从光子的观点,实验结果表明,在热光束中,两个光子聚在一起的可能性比分离要大,称为光子聚束(photon bunching)效应.实验结果发表后,对于当时人们对光的认识产生不小的冲击.因为热光是来自大量的独立原子发光的无规则的叠加,光束的强度和位相都是随机的,而强度本身并不包含位相信息,在强度关联中如何能重获相位信息?强度关联是否同狄拉克的“光子只同它自己干涉,两个光子间不会发生干涉……”的观点相悖,等等.HBT实验使人们认识到,只有高阶关联效应反映了辐射场不同的统计性质.纠缠光源及热光源的“鬼”成像及“鬼”干涉实质上是HBT实验的空间干涉版本,在这一含义下,也可称其为HBT型成像或干涉.不过从HBT实验到HBT型成像和干涉经历了较漫长的认识旅程.【相关文献】[1]Yanhua Shih,Rep.Prog.Entangled biphoton source-property andpreparation[J].Phys,2003,66:1009-1044.[2]T.B.Pittman,Y.H.Shih,D.V.Strekalov,A.V.Sergienko.Optical imaging by means of two-photon quantum entanglement[J].Phys.Rev,1995,52:3429-3429.[3]D. V. Strekalov , A. V. Sergienko , D. N. Klyshko , Y. H. Shih. Observation of Two-Photon“Ghost”Interference and Diff raction[J ] . Phys. Rev. Lett ,1995 ,74 :3600-3603.[4]M.D’Angelo,M.V.Chekhova,Y.Shih.Two-Photon Diffraction and Quantum Lithography[J].Phys.Rev.Lett,2001,87:013602.[5]A.Valencia,G.Scarcelli,M.D’Angelo,Y.Shih.Two-Photon Imaging with ThermalLight[J].Phys.Rev.Lett,2005,94:063601.[6]G.Scarcelli,V.Berardi,Y.H.Shih.Can Two-Photon Correlation of Chaotic Light Be Considered as Correlation of Intensity Fluctuations[J].Phys.Rev.Lett,2006,96:063602. [7]A. F. Abouraddy , B. E. A. Saleh , A. V. Sergienko , M. C. Teich. Role of Entanglement in Two-Photon Imaging[J ] . Phys. Rev.Lett ,2001 ,87 :123602.[8]R.S.Bennink,S.J.Bentley,R.W.Boy d.“Two-Photon”Coincidence Imaging with a Classical Source[J].Phys.Rev.Lett,2002,89:113601.[9]A.Gatti,E.Brambilla,M.Bache,L.A.Lugiato.Correlated imaging,quantum andclassical[J].Phys.Rev,2004,70:013802;Phys.Rev.Lett,2004,93:093602.[10]G. Scarcelli , V. Berardi , Y. Shih. Phase-conjugate mirror via two-photon thermal light imaging[J ] . Appl. Phys. Lett , 2006 ,88 :061106.。
初中物理：光学内容梳理！反射折射、凸透镜成像等，都在这里。
初中物理：光学内容梳理！反射折射、凸透镜成像等，都在这⾥。
⼀、光的直线传播1.光现象：包括光的直线传播、光的反射和光的折射。
2.光源：能够发光的物体叫做光源。
光源按形成原因分：可以分为⾃然光源和⼈造光源。
例如，⾃然光源有太阳、萤⽕⾍等，⼈造光源有如蜡烛、霓虹灯、⽩炽灯等。
⽉亮不是光源，⽉亮本⾝不发光，只是反射太阳的光。
3.光的直线传播：光在真空中或同⼀种均匀介质中是沿直线传播的，光的传播不需要介质。
⼤⽓层是不均匀的，当光从⼤⽓层外射到地⾯时，光线发了了弯折（海市蜃楼、早晨看到太阳时，太阳还在地平线以下、星星的闪烁等）光沿直线传播的现象：⼩孔成像、井底之蛙、影⼦、⽇⾷、⽉⾷、⼀叶障⽬。
光沿直线传播的应⽤：①激光准直：直队要向前看齐，打靶瞄准。
②影的形成：光在传播过程中，遇到不透明的物体，由于光是沿直线传播的，所以在不透光的物体后⾯，光照射不到，形成了⿊暗的部分就是影。
③⽇⾷⽉⾷的形成⽇⾷的成因：当⽉球运⾏到太阳和地球中间时，并且三球在⼀条直线上，太阳光沿直线传播过程中，被不透明的⽉球挡住，⽉球的⿊影落在地球上，就形成了⽇⾷.⽉⾷的成因：当地球运⾏到太阳和⽉球中间时，太阳光被不透明的地球挡住，地球的影落在⽉球上，就形成了⽉⾷.如图：在⽉球后1的位置可看到⽇全⾷，在2的位置看到⽇偏⾷，在3的位置看到⽇环⾷。
④⼩孔成像：⼩孔成像实验早在《墨经》中就有记载⼩孔成像成倒⽴的实像，其像的形状与孔的形状⽆关。
像可能放⼤，也可能缩⼩。
⽤⼀个带有⼩孔的板遮挡在屏幕与物之间，屏幕上就会形成物的倒像，我们把这样的现象叫⼩孔成像。
前后移动中间的板，像的⼤⼩也会随之发⽣变化。
这种现象反映了光沿直线传播的性质。
⼩孔成像原理：光在同⼀均匀介质中，不受引⼒作⽤⼲扰的情况下沿直线传播。
根据光的直线传播规律证明像长和物长之⽐等于像和物分别距⼩孔屏的距离之⽐。
4.光线：⽤⼀条带有箭头的直线表⽰光的径迹和⽅向的直线。
（光线是假想的，实际并不存在）光线是由⼀⼩束光抽象⽽建⽴的理想物理模型，建⽴理想物理模型是研究物理的常⽤⽅法之⼀。
透镜成像课件
光的折射
光从一种介质斜射入另一 种介质时，传播方向发生 改变，从而使光线偏折。
光的反射
光在两种介质界面上发生 反射，反射光线与入射光 线平行。
透镜成像的基本原理
透镜对光线的作用
透镜可以改变光线的传播方向， 使光线汇聚在一个焦点上。
实像与虚像
通过透镜成像，可以在光屏上形 成实像或虚像。实像是实际光线 汇聚形成的，而虚像则是通过光 的反向延长线形成的。
球面像差
透镜的球面像差是指光线经过透镜 后由于球面形状造成的聚焦不准确 。球面像差会影响成像的清晰度。
色差
透镜的色差是指不同颜色的光线经 过透镜后聚焦在不同的位置上，导 致成像颜色失真。
透镜的应用领域
摄影
显微镜
透镜在摄影中用于将图像放大，以便更容 易拍摄和观察细节。
透镜用于显微镜中，可以将微小的物体放 大，以便更容易观察和研究。
望远镜
矫正视力
透镜用于望远镜中，可以将远处的物体放 大，以便更容易观察和研究。
透镜还可以用于矫正视力，例如近视眼镜 和远视眼镜中的透镜可以改变光线的聚焦 位置，从而矫正视力。
CHAPTER 02
透镜成像原理
光线传播的基本原理
01
02
03
光的直线传播
光在均匀介质中沿直线传 播，遇到障碍物可发生反 射和折射。
04
4. 测量透镜的焦距和成 像距离，记录数据并进 行分析。
实验结果分析与讨论
• 凸透镜成像特点：光线经过凸透镜后，会聚在一个焦点上，形成倒立的实像。 随着物距的增大，像距逐渐减小，像的大小也逐渐变小。
• 凹透镜成像特点：光线经过凹透镜后，散开在一个焦点上，形成正立的虚像。 随着物距的增大，像距逐渐增大，像的大小也逐渐增大。
鬼成像
(i, j = 1, 2)
一阶相干度可以用来评价光源的相干性,即
2、经典二阶关联函数 、
光场的经典二阶关联函数的一般形式为：
上式表示4个时空点的光场场强的关联。若 我们只考虑 特殊 的情况，则经典的二阶关联函数可以表示 为
此时的二阶关联函数表示两个时空点的光场强度关联。
如果
是高斯随机变量，我们用 分别表示光场强度 那么上式经运算得
rr r r * r * r G (r , r2,t1,t2 ) =< E1 (r ,t1)E2 (r2,t2 )E2 (r2,t2 )E1(r ,t1) > 1 1 1 r r * r * r =< E1 (r ,t1)E2 (r2,t2 ) >< E2 (r2,t2 )E1(r1,t1) > 1 r r * r * r +< E1 (r ,t1)E1(r ,t1) >< E2 (r2,t2 )E2 (r2,t2 ) > 1 1 r r * r * r +< E1 (r ,t1)E2 (r2,t2 ) >< E2 (r2,t2 )E1(r1,t1) > 1
2 0
2
由此可见，当采用足够大的非相干热光源 时，仅通过巧妙地设计各光具的相对距离 便实现了一种无需透镜的傅里叶变换成像。
2 0 2
2
其中 T (q) t ( x ') 为 的傅里叶变换，T (q) = ∫ t( x ')exp(iqx ')dx ' 。 将探测器 固定在 的 Dt 位置,(6)变 xt 为： = 0
−∞
∞
−2π xr ∆I r ( xr )∆I t (0) = 4 4 T . λ d2 λ d2 I
NaCl溶液补偿非平衡热光关联成像系统
NaCl溶液补偿非平衡热光关联成像系统高禄;肖珂;桌琳杨;吴昊;谢鑫【摘要】热光无透镜鬼成像系统要求物光和参考光两个光路的光程相等,当不满足此条件时,成像质量就会下降.实际应用中热光关联成像系统两臂长度相等的条件极为苛刻,很难满足.笔者设计了一种补偿式热光关联成像系统的实验方案,利用NaCl 溶液补偿物光和参考光两个光路的光程差.实验结果表明,将一定浓度的NaCl溶液放在光程较长的光路中,可以有效补偿非平衡系统的光程差,从而获得待测物体清晰的关联像.【期刊名称】《物理与工程》【年(卷),期】2019(029)002【总页数】4页(P91-93,99)【关键词】热光关联;分辨率;关联测量【作者】高禄;肖珂;桌琳杨;吴昊;谢鑫【作者单位】中国地质大学(北京)数理学院,北京 100083;中国地质大学(北京)数理学院,北京 100083;中国地质大学(北京)数理学院,北京 100083;中国地质大学(北京)数理学院,北京 100083;中国地质大学(北京)数理学院,北京 100083【正文语种】中文热光源可以模仿纠缠双光子源实现鬼干涉、鬼成像等双光子关联测量实验[1-3]。
由于热光源与纠缠双光子源类似，具有光场的二阶关联特性，所以利用热光源也可以实现非定域的量子干涉和量子成像 [4]。
热光源关联成像的一个明显优势在于可以实现无透镜热光鬼成像 (lensless ghost imaging-LGI),这种成像方案不依赖于任何光学元件，可以将光源拓展到任意波段。
在这个方案中，为了获得完美的聚焦图像，需要探测光路和参考光路的光程相等，即关联系统的探测臂和参考臂需要平衡。
当不满足此条件时，图像质量变差，关联像的可见度和分辨率均会降低。
这里我们设计了一种利用NaCl溶液补偿非平衡LGI成像系统的实验方案，当一定浓度的NaCl溶液放入参考臂时，由于其自身具有一定的折射率，所以可以改变所在光路的光程，进而补偿物光和参考光光路的光程差，使关联像得到再现。
热光关联成像实验报告
6
热光关联成像 实验报告
1.011 1.01 1.009 1.008 1.007 1.006
1.005 1.0045 1.004 1.0035 1.003 1.0025 0 0.2 0.4 0.6 0.8 0 0.2 0.4 0.6 0.8
Figure 8 前两次得到的 g(2) 随位置变化的曲线
Figure 2 成像直观示意图
根据高斯公式(12)，得到的物体的像理论上放大的倍数 n 为 z z n 2 1 z3
(13)
3 实验
3.1 实验仪器
本实验使用了激光光源，凸透镜，毛玻璃，分束镜，扫描探测器，数字示波器，关联测量计算机等 器材。实验装置如 Figure 3、Figure 4 所示。
1
北京师范大学物理学系 近代物理实验Ⅱ
2 实验原理
2.1 数学基础
根据概率与数理统计知识知道，对于随机变量 X,Y，有
X Y X Y
(1) (2)
其中<X>表示求平均值。而对于乘积，只有 X,Y 相互独立时有
XY X Y
2.2 激光、自然光、热光、纠缠光的区别
3.3.2.2 根据光学原理测量小孔间距大小
如 Figure 5 所示，光源为点光源，x 为物体的尺寸，L 是像的大小，根据光学知识很容易知道
s1 x s x 1L s L s
(14)
x
L
S1 S
Figure 5 测量孔间距的光学原理图
我们把经过毛玻璃之后出来的光看做是点光源发射的光，可以用此方法求两个小孔的间距。
物
L D1(x1)
x0
光源
取样臂
z3 z2
关联测量
z1
6-专题04 透镜及其成像规律(精讲)
A．凸透镜的焦距是12.0cm B．如图乙中烛焰在光屏上成的是倒立缩小的实像 C．若用黑纸片将凸透镜遮挡一半，这时在光屏上只能成半个烛焰的像 D．保持凸透镜的位置不变，将蜡烛和光屏互换位置，则在光屏上仍能得到清晰的像 【分析】（1）焦点到透镜中心的距离为焦距，看清刻度尺的分度值，读出示数； （2）物距处于 f 和 2 f 之间，凸透镜成倒立、放大的实像； （3）凸透镜成实像是因为物体发出的光线经过凸透镜后会聚到像点，若遮住凸透镜的一部分， 则凸透镜其它部分仍然能够会聚光线，所以仍能成完整的像，只是照射到像上的光线数量减少， 像比原来变暗； （4）凸透镜成像时，光路可逆。 【解答】解：A 、焦点到透镜中心的距离为焦距，刻度尺的分度值为1cm ，此时读数为10.0cm ， 即透镜焦距为 f 10.0cm，故 A 错误； B 、由图乙可知，此时物距位于一倍焦距和二倍焦距之间，成倒立、放大的实像，故 B 错误；
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【名师点评】 本题考查了凸透镜成像规律的应用，要熟练掌握规律的内容，解决此题的关键是求出焦距
的大小。
【解法技巧】 熟记凸透镜成像规律是解决此类题的关键。凸透镜成像规律用口诀记忆为：一焦分虚实，
二焦分大小；实像异侧倒，物远像近小；虚像同正大，物近像变小；光屏辩虚实，屏显是实像。 注意：若物、屏互换位置，则根据光路的“可逆性”可知成像大小将互换。
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在光屏上得到烛焰清晰的像，可能是因为蜡烛在凸透镜的焦距以内，此时在凸透镜的左侧成正 立放大的虚像，虚像无法用光屏承接，从透镜右侧透过透镜向左观察，可看到该像；故 ABC 错 误， D 正确。 故选： D 。
【名师点评】 理解凸透镜成像规律，可解答此题。
【母题 2】（2022•鄂州）实验操作考试临近，同学们上实验室动手实验，通过训练提高操作技 能。如图，小明正在做凸透镜成像实验，此时光屏上出现了清晰的像。下列说法正确的是 (
带你走进“鬼成像”
带你⾛进“⿁成像”⿁成像概述⿁成像是近年来引起⼴泛研究的⼀种成像技术。
与传统成像光学不同的是，在⿁成像中，光源被分成两束，⼀束光照在物体上，并通过⼀个没有空间分辨能⼒的桶探测器接收透过物体的总光强，另⼀束光直接被⼀个具有空间分辨能⼒的探测器探测，将两个探测器的信号进⾏⼆阶关联运算即可得到物体的像，其测量装置如图1所⽰。
从光源发出的光被分束器分成两部分：⼀部分经过参考系统，另⼀部分经过信号系统。
光场强度关联测量由两个系统输出平⾯上的探测器分别记录强度，输⼊关联器作乘法运算，再对乘积进⾏多次平均后得到强度关联分布。
中科院上海光机所副研究员、“⿁成像”X光显微镜研究的主要负责⼈喻虹解释说：传统光学成像是基于光的分布测量，⽽“⿁成像”则是基于光波能量的关联测量。
确切地说，不是“看见”，⽽是“算出”。
整个世界就是⼀个由⽆数光⼦组成的量⼦场，这些光⼦如潮⽔般不停涨落，只是不为我们的⾁眼所见罢了。
最重要的是，量⼦场中每⼀个光⼦的状态都能被精确计算。
因此，通过对这些光⼦能量的探测和计算，便能为每⼀个成像⽬标反演出我们需要的图像。
⿁成像发展纠缠光源阶段上世纪80年代，前苏联学者Klyshko根据⾃发参量下转换光⼦对的纠缠⾏为，提出了“⿁”成像⽅案。
1995年，美国马⾥兰⼤学的史砚华⼩组利⽤⾃发参量下转换(SPDC)过程产⽣的纠缠光⼦对，结合符合测量技术，实现了⼀种关联成像和⼲涉现象，即所谓的“⿁ ”成像和“⿁”⼲涉。
2001年，波斯顿⼤学的⼀个⼩组率先发表评论：“纠缠是产⽣量⼦成像的重要前提条件，经典光不能模拟这种现象”。
经典激光实验实验装置如图3所⽰，He-Ne激光通过⼀个斩波器，被⼀个随机旋转的反射镜反射，再经光学分束器分成两路。
反射光束经过⼀透镜和物体后被⼀探测器收集，透射光束经过⼀透镜后被CCD 记录。
实验中的物体由两个字母UR组成。
关联测量得到的该物体的像如图10中的插图所⽰。
热光源阶段2002年经典光源的⿁成像就被罗切斯特⼤学的Bennink实现了，他们使⽤的是脉冲激光。
鬼成像技术
1.3鬼成像图示
鬼 成 像 图 示
• 测量装置如图1所示。从光源发出的光被分束器分 成两部分：一部分经过参考系统，另一部分经过信 号系统。光场强度关联测量由两个系统输出平面上 的探测器分别记录强度，输入关联器作乘法运算， 再对乘积进行多次平均后得到强度关联分布。
鬼成像发展
2.1纠缠光源阶段 2.2经典激光实验 2.3热光源阶段
医疗 搜救
3.3应用实例
当对下方无法准确 观测时，鬼成像技 术能够帮助直升机 判断投弹目标。
军事
3.3应用实例
当在硝烟弥漫的战 场上，鬼成像技术 能够帮助军人分清 敌我。
军事
3.3应用实例
鬼成像能避免云雾 和烟等使常规成像 技术无能为力的气 象条件的干扰，从 而获得更清晰的图 像。
探测
3.3应用实例
2.1纠缠光源阶段
• 上世纪80年代，前苏联学者Klyshko根据自 发参量下转换光子对的纠缠行为，提出了 “鬼”成像方案。 • 1995年，美国马里兰大学的史砚华小组利 用自发参量下转换(SPDC)过程产生的纠缠 光子对，结合符合测量技术，实现了一种 关联成像和干涉现象，即所谓的“鬼 ”成 像和“鬼”干涉。 • 2001年，波斯顿大学的一个小组率先发表 评论：“纠缠是产生量子成像的重要前提 条件，经典光不能模拟这种现象”。
2.2经典激光实验
实验装置如图10所示 ，He-Ne激光通过一个斩 波器，被一个随机旋转的反射镜反射，再经光 学分束器分成两路。反射光束经过一透镜和物 体后被一探测器收集，透射光束经过一透镜后 被CCD记录。实验中的物体由两个字母UR组成 。关联测量得到的该物体的像如图10中的插图 所示。
经 典 激 光 实 验
总结
鬼成像技术是一种以双光子纠缠理论为基础而发 展的新兴成像技术，它将光源分为两束，一束探测物 体后被接收，另一束直接被接收，再将两个接收器上 的数据进行二阶关联运算后得到物体的像。 由于它的双向接收光源的特点，它可以很好地完 成对某些用经典光学成像技术无法进行成像的物体（ 如被遮蔽的物体）成像的任务。在军事、探测等方面 具有无可替代的地位和作用。 它经历了由纠缠光源到热光源的发展，逐步趋向 于便捷，但在成像的速度和质量上仍有较大的发展空 间。 鬼成像技术拥有广阔的应用前景，相信在越来越 多的有志之士的努力下，它会不断发展，趋于成熟！
关联成像利用光场的二阶关联信息
关联成像利用光场的二阶关联信息
“鬼”成像( ghost imaging)又称双光子成像( two-photon imaging ) 或关联成像( correlated imaging) ,是一种利用双光子符合探测恢复待测物体空间信息的一种新型成像技术.
传统的光学观察是基于光场的强度的分布测量，关联光学则基于光场的强度的关联测量，并且现有的成像技术主要利用光场的一阶关联信息（强度与位相），而经典…鬼‟成像利用的光场的二阶关联被认为是一种强度波动的统计相关。
作为爱因斯坦-波多尔斯基-罗森( EPR) 佯谬争端的一个结论，纠缠光子对的空间非定域特性得到了广泛的认同。
这种奇特的性质引发了与量子信息相关的研究。
1993 年巴西科学家通过实验发现，采用纠缠热光源，通过符合计数，能使原本由于退相干而消失的杨氏干涉条纹，重新呈现在包含杨氏双缝的光路上；而稍早，俄国科学家采用同样的手段，使得物体的边缘衍射条纹，呈现在并不包含物体的光路上。
此后，有关非局域量子成像的研究迅速开展起来。
“非局域”，指通过一定的手段,使像在并不包含物体的光路上生成；因此这种成像的方式也叫“鬼成像”。
曾一度认为，只有基于纠缠态双光子的纠缠光源，才能实现鬼成像；但近年来的研究表明，经典热光场也能实现这一过程。
从经典统计光学入手，建立了热光场的数值模型，模拟符合热光特性的光场变化、光场传播、以及物体透射函数对热光场的调制，进而从光强度起伏的关联函数中，分别重现振幅型物体和纯相位型物体的傅里叶变换图像；通过与真实实验结果的对比，表明基于统计光学原理的该数值模型所预测的实验结果，与真实的实验结果完全一致，这表明，基于统计光学的无透镜鬼成像亦可以实现。
凸透镜的成像原理及其在光学仪器中的应用
凸透镜在显微镜中 起到关键作用，决 定了显微镜的放大 倍数和成像质量
凸透镜在望远镜 中的应用
凸透镜在显微镜 中的应用
凸透镜在眼镜和 相机镜头中的应 用
凸透镜在投影仪 中的应用
数字化成像：利用数字技术提高成像质量和分辨率，拓展应用领域。 微型化：随着微纳加工技术的发展，凸透镜的尺寸越来越小，适用于各种微型光学系统。 多功能化：开发具有多种功能的凸透镜，如光束变换、光束整形等，满足不同应用需求。 智能化：结合人工智能和机器学习技术，实现凸透镜的智能调控和优化设计，提高成像效果。
增强现实技术：凸透镜成像技术可用于开 发更轻便、更清晰的增强现实眼镜，为人 们提供更为真实的虚拟体验。
医疗领域：凸透镜成像技术可以为医疗领 域提供更准确的诊断和治疗方案，例如在 眼科、皮肤科等领域的应用。
光学仪器：凸透镜成像技术在光学仪器 中具有广泛的应用，如显微镜、望远镜 等，未来有望通过该技术提高仪器的性 能和精度。
建议：为了更好地理解凸透镜的成像原理，建议进行实验操作，观察实验现象并记录数据，以便进一步分 析。
照相机 投影仪 放大镜 眼镜
激光加工：利用凸透镜将激光聚焦，实现高精度打孔、切割和焊接等加工操作。
光学仪器：凸透镜作为重要元件应用于显微镜、望远镜、照相机等光学仪器中，提高成像质 量。 太阳能产业：凸透镜用于太阳能集热器，将太阳光聚焦到吸热管上，提高太阳能利用率。
的正倒与物体相反。
照相机 投影仪 放大镜 眼镜
凸透镜作为镜 头，将景物反 射的光线聚焦 在感光片上， 形成倒立实像
调节焦距，可 以拍摄不同距
离的景物
照相机广泛应 用于摄影、摄
像等领域
凸透镜在照相 机中的成像原 理是利用光的
折射和反射
中考物理总复习课件4.探究凸透镜成像规律、眼睛与光学仪器
如图所示，给凸透镜“戴”上远视眼镜，此时光屏上能成 一清楚的像，若“取”下远视眼镜，光屏上的像变模糊。 为使光屏上的像清楚，某小组提出的做法如下：①将光屏 远离透镜；②将光屏靠近透镜；③将蜡烛远离透镜；④将 蜡烛靠近透镜，你认为可行的是（ C ） A．①和④ B．②和④ C．①和③ D．②和③
在凸透镜的主光轴.上放一根粗细均匀的木棒，A端在2倍 焦距之外，B端在1倍焦距与2倍焦距之间，如图所示。 木棒经凸透镜所成的像A'B'与木棒AB比较，呈现的特点 是（ C ） A．A'端变细，B'端变细 B．A'端变粗，B'端变粗 C．A'端变细，B'端变粗 D．A'端变粗，B'端变细
高脚杯和杯内水的组合相当于一个（ A ）
A．凸透镜 B．凹透镜 C．凸面镜 D．凹面镜
新题速递
图a是放置在水平桌面上的刻度尺的一部分，甲、乙、丙、丁是通 过凸透镜所看到的刻度尺的像。若凸透镜先贴着刻度尺然后逐渐远
离，则看到刻度尺的像的先后顺序正确的是（ C ）
A．甲→乙→丙→丁 B．乙→丙→甲→丁 C．乙→丁→甲→丙 D．丙→甲→乙→丁
2.望远镜：物镜相当于 照相机 ，目镜相当于_放__大__镜 ，最终成一
个倒立的虚像． 正立、放大、虚像
倒立、缩小、实像
倒立、放大、实像
正立、放大、虚像
探究凸透镜成像规律
在做“探究凸透镜成像规律“的实验中
（1）为测出透镜的焦距，做了如甲图所示实验，则透镜的焦距为
_1__0_.0___cm。
（2）点燃蜡烛后，调节烛焰中心、凸透镜和光屏中心大致在
新题速递
一位同学利用如图所示的器材做实验，先用焦距为20cm的凸透
强度关联成像传统衍射成像
中子散斑的研究
先仿真：MC模拟 ❖
MC Kernel
1. MC核心包括中子与介质的随机作用过程及多种电磁 相互作用（中子与介质的核反应、弹性散射等）。
Visual Command
2. 控制程序构建整个成像系统的三维模型（如入射到样 品的中子束能量、方向和发散角，样品的成分、厚度
和形状，以及光源焦斑大小、源到样品的距离、样品
❖ 1995年，史砚华小组在实验上实现了双光 子纠缠源的关联成像（“鬼”成像）
基于经典热光源的强度关联成像
无透镜傅立叶变换关联成像实验结构图及实验结果
❖ 经典热光源也可以实现关联成像 ❖ 可以实现无透镜的傅立叶变换成像
基于X射线的强度关联成像
X射线强度关联衍射成像实验结构图
❖ 2004年，韩申生小组从理论上证明了X射线 也可以实现关联成像，并设计了无透镜的X 射线强度关联衍射成像实验方案
Calculating Shell
到探测器的距离等）。 3. 数据分析：从记录数据中提取出所需数据并进行分析
计算（透射率和散射率统计、相干散射和非相干散射
Data Processing
统计等）。 4. 模拟结果：记录每个模拟粒子的产生和与物质相互作
用过程的全部数据，并将粒子在整个成像模型中的径
Imaging Results
晶体单色器
❖选择特定波长的中子束，波长分辨率1%
❖ 缺陷
锗晶体中子单色器：λ=4A，τc≈40ns 中子通量：104-105
此路不通！
中子散斑方案？
激光照射旋转的毛玻璃获得 魇热光源，提高相干时间
经单色后的X射线利用薄膜对其进行散射，获 得稳定的X射线散斑，以提高相干时间
中子散斑是否可行？
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:,17/球赤道面上对称量子态的最小破坏区分
张胜利0!!!!邹旭波0!!金晨辉!!!郭光灿0
!0!中国科技大学量子信息重点实验室"安徽合肥!$""!##!!!郑州信息科技学院"
河南郑州A T """A $量子态区分在量子密码和量子通讯中有着十分重要的应用%然而"量子力学告诉我们针对一组非正交态的量子态区分不仅不能以成功概率0确切完成区分"而且在量子区分之后"原有的量子系统的量子态也会随着量子区分的过程而塌缩并遭到破坏%在这篇论文里"我们系统分析了对于在<I D .K 球面上对称分布的任意;!;%$$个量子态的最优量子区分"
证明了量子力学框架下所能允许的最大区分成功概率为!;"同时"量子区分之后的量子态与区分之前的量子态的保真度最大为$&A %最后"我们将这一结论运用到<<S A 量子密码协议截取’区分’重发!43G6$攻击中%证明了对于<<S A 四个量子态"最大区分概率为0&!"相对地"给原有的量子态造成最小破坏为0&A %
("),
真热光源的无透镜!鬼"成像
陈希浩!!罗开红!!刘!骞!!吴令安
!中国科学院物理研究所光物理重点实验室"北京0""0J "$
由于不需要任何光学透镜成像系统"基于热光源的无透镜二阶关联(鬼)成像原则上可用于任何波长"包括那些不宜于设置成像系统的a 射线"#射线等波段%以前这方面的研究都是用赝热光源进行的"而我们小组首次实现了以真热光为光源的无透镜二阶关联鬼成像%实验中"真热光源发出的#J !+
J/’光经T "*T "b 的分束器分成两束%在透射的光路中放置一个物!间距为$+##’’的两个小孔$
"物与光源之间的距离为M 0%
通过小孔的光由一个桶探测器接收%在分束器反射的光路中"离光源距离为M !的位置上用一个点探测器进行横向扫描%对两个探测器的输出信号进行符合测量%当满足条件
M 0O M !时"
所测量的二阶关联函数呈现了物的像%由于热光源较容易获得"使用方便"以热光源实现无透镜鬼成像有望获得广泛的应用%+
J +。