[发明专利]一种基于量子关联成像技术辨别微观生物体的方法

说明书

本发明公开了一种基于量子关联成像技术辨别微观生物体的方法，该方法是将一系列不同的微观生物体的影像通过分次曝光全息技术投影到一张全息底片上，然后将待测微观生物体和制备的全息照片分别放置在由参量下转换过程产生的纠缠光子对光路中，其中待测微观生物体放在休闲光的光路中，全息照片放在信号光的光路中，采用普通的强度探测器对通过待测物体的休闲光和通过全息照片并被衍射到不同方向上的信号光进行符合测量即可辨别待测生物体。由于过程中使用一般的强度探测器，并且信号光不与成像物体接触，该方法能够实现高分辨率、低成本成像。

技术领域

本发明涉及一种基于量子关联成像技术辨别微观生物体的方法，属于量子光学及成像技术的交叉技术领域。

背景技术

显微成像是一种观察并识别微小物体的手段，经典光学成像技术建立在电磁波的确定性理论模型(几何光学、波动光学)和经典信息论基础之上，通过记录辐射场的平均光强(或位相)分布获取目标的图像信息。经典光学成像技术的成像探测灵敏度无法超越探测系统的量子噪声极限，其成像系统分辨率无法超越其分辨率衍射极限，并且其扫描成像速率无法超越经典信息论的奈奎斯特采样极限。

相对于传统光学成像技术中通过记录辐射场的光强分布从而获取目标的图像信息的方法，量子成像则是通过利用、控制(或模拟)辐射场的量子涨落来得到物体的图像。美国马里兰大学史砚华小组在1995年首次在实验上实现了关联成像，利用波长351.1nm、激光光斑直径2mm的氩离子激光器作为泵浦光源泵浦II型BBO晶体，产生一对参量下转换的纠缠光子对，称之为休闲光和信号光，经过一偏振分束器，信号光与参考光分成两路，在参考光光路中放置待测微观生物体，通过记录两条光路的符合计数，可得到物体清晰的像。尽管信号光并没有与待测微观生物体接触，由于信号光和休闲光是高度关联的,在信号光端能够呈现待测微观生物体的特征信息。量子关联成像技术可以达到或者突破衍射极限，通过符合测量可以有效地压缩噪声实现高分辨率高灵敏度的测量。但是该技术需要有高精度的CCD相机，使得辨别成本升高。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种基于量子关联成像技术辨别微观生物体的方法，该方法能够在低成本的前提下快速准确地辨别出微观生物体。

本发明所涉及的一种基于量子关联成像技术辨别微观生物体的方法的步骤为：

步骤一、获取一张分次曝光全息底片

将一种标准的微观生物体置于全息照相底片前方，用激光束照射标准的微观生物体，透射后的的光束与另一束作为参考光束的激光束共同投射到一张全息底片上；重复这一过程，将不同的微观生物体投影到同一张全息底片上，不同的微观生物体采用的参考光束方向不同，即不同的参考光方向唯一对应该微观生物体；将底片显影、定影处理即获得分次曝光全息底片；

步骤二

构建纠缠光子对光路，包括用一束泵浦激光照射到BBO晶体上产生一对参量下转换的纠缠光子对，分别称为休闲光和信号光；将待测微观生物体放在休闲光的光路上，分次曝光全息底片放到信号光的光路上，对通过待测微观生物体的休闲光和通过分次曝光全息底片并被衍射到不同方向上的信号光分别利用普通的强度探测器测量后，并对测量结果符合计数即可分辨出待测微观生物体；待测微观生物体需为投影到分次曝光全息底片上的微观生物体的一种。

进一步的，所述分次曝光全息底片上投影的微观生物体为两种或两种以上。

进一步的，所述休闲光的光路上、待测微观生物体和BBO晶体之间放置可调节滤波片。

进一步的，所述信号光的光路上、分次曝光全息底片和每个信号光的光路上的普通的强度探测器之间放置可调节滤波片。

与现有技术相比，本发明创新地将分次曝光全息技术和量子关联成像技术结合应用于微观生物体的辨别，由于过程中使用一般的强度探测器，并且信号光不与成像物体接触，实现了在低成本的前提下，快速、高分辨率和高灵敏度的测量。