一种基于冷原子物质波的纵向关联成像方法技术

本发明专利技术涉及一种基于冷原子物质波的纵向关联成像方法。所述基于冷原子物质波的纵向关联成像方法包括如下步骤：产生冷原子物质波；将所述冷原子物质波通过物质波分束器产生信号物质波和参考物质波；将所述参考物质波进行纵向多点测量；将所述信号物质波投射到待测纵向势场；将所述纵向势场作用后的信号物质波进行桶测量并与所述参考物质波的多点测量结果进行关联，获得所述纵向势场的分布图像。本发明专利技术采用具有质量的冷原子物质波而不是光波作为关联成像的波源，具有对引力场、光场、电磁场等势场的分辨能力，能够对所处环境内的质量、光场、电磁场等基本物理信息进行探测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于冷原子物质波的纵向关联成像方法
本专利技术涉及一种物质波关联成像方法。技术背景关联成像(鬼成像)是一种新型成像机制。它利用光源的部分相干性或量子纠缠特性，实现了在不含物体的光路获取物体具有纳米分辨率的衍射图像。关联成像被广泛应用于分布图像处理、分布感知以及通信领域。随着近年来冷原子光学的兴起，各种关联现象在物质波领域实现(参见学术论文Schellekens，M.eta／.HanburyBrownTwissEffectforUltracoldQuantumGasesSC/ENCE2005310，648-651)。冷原子物质波具有丰富的内态结构，便于实验操控。冷原子物质波的波长比光波更短，拥有更小的衍射极限和更高的成像分辨率，可以作为关联成像的信息载体进行多比特量子信息的传递(参见专利：一种物质波关联成像产生方法及其装置，公开号：CN103412304A)。以上方法具有相当的优点，但不能实现对纵向势场的测量，主要原因是该方法是为测量横向物体结构而设计，物质波的纵向信息没有被保留下来。物质波具有质量，其波函数在引力场、光场、电磁场等纵向势场作用下将会发生改变。这种改变可以用来对纵向势场进行测量。在先技术中，有一种使用赝热光脉冲来实现时域关联成像的方法(参加学术论文Shirai，T.，T.＆Friberg，A.T.Temporalghostimagingwithclassicalnon-stationarypulsedlight.J.Opt.Soc.Am.B201027,2549-2555)。以上方法可用于对时变物体成像，但无法对纵向势场进行测量，主要原因是该方法采用赝热光脉冲作为信息载体。光波没有质量，没有内态。引力场、光场、电磁场等纵向势场无法对光波场产生影响。这导致基于光波的关联成像方法不能测量纵向势场的分布，限制了关联成像方法的应用和推广。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对在先技术的不足，提供一种基于冷原子物质波的纵向关联成像方法。本专利技术的目的是通过如下技术方案来实现的，一种基于冷原子物质波的纵向关联成像方法，其步骤为：(1)产生冷原子物质波；(2)将所述冷原子物质波通过物质波分束器产生信号物质波和参考物质波；(3)将所述参考物质波进行纵向多点测量；(4)将所述信号物质波投射到探测空间中的纵向势场；(5)将所述纵向势场作用后的信号物质波进行桶测量并与所述参考物质波的多点测量结果进行关联，获得所述纵向势场的分布图像。本专利技术所述的冷原子物质波是采用激光冷却方法制备的低温冷原子团，其传播方向为纵向且与重力加速度方向重合。本专利技术所述的物质波分束器是由与原子能级共振的拉曼激光脉冲形成。本专利技术所述的纵向多点测量具体为：将传播方向垂直于纵向的共振激光照射所述参考物质波，经物质波吸收后，透射激光被CCD面探测器接收，CCD面探测器获得的激光光强分布信息即是参考物质波纵向密度分布信息。本专利技术对所述物体进行关联测量时，如所述冷原子源的纵向关联函数为则投射物体后的信号物质波和参考物质波的关联数据，其中n1(z1)是CCD面探测器获得的参考物质波的原子密度，n2(z2)是桶探测器获得的信号物质波的原子密度，t2是物质波从分束器传输到桶探测器的时间，m(z)为所述待测纵向势场的分布函数，M是原子质量，是普朗克常量，Г(z1，Z2)是所述衍射物质波的一阶关联函数其中K1是物质波从所述分束器传输到所述面探测器的传播函数，K1(z1′，z1)=1，K2是物质波从所述分束器传输到所述桶探测器的传播函数其中g是重力加速度。本专利技术的有益效果在于，(1)采用冷原子物质波而不是光波作为关联成像的波源，物质波具有质量，可以携带纵向势场信息。(2)采用冷原子物质波而不是光波作为关联成像的波源，具有更短的波长，拥有更高的成像分辨率等特点。(3)该方法扩大了关联成像的可测量范围，可用于对所处环境内纵向势分布的探测，具有良好的应用前景。附图说明图1为本专利技术的原理框图。图2为本专利技术的实施方案。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步的详细说明，以下实施例是对本专利技术的解释，是本专利技术的比较好的应用形式，而本专利技术并不局限于以下实施例。请参阅图1，图1是本专利技术实施例的原理框图。所述基于冷原子物质波的纵向关联成像系统包括物质波发生器1、物质波分束器2、CCD面探测器3、纵向势场4、桶探测器5、数据处理器6。所述物质波发生器1，产生冷原子物质波；所述物质波分束器2是由与原子能级共振的拉曼激光脉冲形成；所述CCD面探测器3由多个CCD构成，用于对参考物质波的密度分布进行多点测量；所述纵向势场4是待成像对象；所述桶探测器5用于检测投射纵向势场4后的所述信号物质波；所述数据处理器6用于接收所述桶探测器5和所述CCD面探测器3的信号，并将两者进行关联处理，获得所述纵向势场4的图像。所述数据处理器6为计算机图2是本专利技术的实施方案。下面结合图2，详细说明本专利技术的一种基于冷原子物质波的纵向关联成像方法的主要步骤：(1)设置所述物质波发生器l的相应参数，产生冷原子物质波。(2)使所述冷原子物质波在重力作用下自由下落到物质波分束器2。(3)所述物质波分束器2将入射的冷原子物质波分为参考物质波和信号物质波。(4)所述CCD面探测器3对所述参考物质波的纵向密度分布进行多点测量，测量数据输入到所述数据处理器6中。(5)将所述信号物质波投射到探测空间中的纵向势场4。(6)所述桶探测器5对通过纵向势场的信号物质波进行桶测量，测量数据输入到所述数据处理器6中。(7)所述数据处理器6对所述CCD面探测器3和桶探测器5的测量数据进行关联处理，即将所述CCD面探测器3和桶探测器5对纵向势场4进行关联测量，经所述数据处理器6关联测量的数据为其中n1(z1)是CCD面探测器获得的参考物质波的原子密度，n2(z2)是桶探测器获得的信号物质波的原子密度，t2是物质波从分束器传输到桶探测器的时间，m(z)为待测纵向势场的分布函数，M是原子质量，是普朗克常量，Γ(z1，z2)是所述衍射物质波的一阶关联函数’其中K1是物质波从所述分束器传输到所述面探测器的传播函数，K1(z1′，z1)=l，K2是物质波从所述分束器传输到所述桶探测器的传播函数其中g是重力加速度。本实施例实现了物质波关联成像对纵向势场分布的测量，并且具有结构设计合理、部件少等特点。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于冷原子物质波的纵向关联成像方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)产生冷原子物质波；所述冷原子物质波是采用激光冷却方法制备的低温冷原子团，其传播方向为纵向，且与重力加速度方向重合；所述冷原子物质波源的纵向关联函数为，(2)将所述冷原子物质波通过物质波分束器产生信号物质波和参考物质波；所述物质波分束器是由与原子能级共振的拉曼激光脉冲形成；(3)将所述参考物质波进行纵向多点测量；(4)将所述信号物质波投射到探测空间中的纵向势场；(5)将所述纵向势场作用后的信号物质波进行桶测量并与所述参考物质波的多点测量结果进行关联，获得所述纵向势场的分布图像。2.根据权利要求1所述的一种基于冷原子物质波的纵向关联成像方法，其特征在于，所述纵向多点测量具体为：将传播方向垂直于纵向的共振激光照射所述参考物质波，经参考物质波吸收后，透射激光被CCD面探测器接收，CCD面探测器获得的激光光强分布信息即是参考物质波纵向密度分布信息。3.根据权利要求1所述的一种基于冷原子物质波的纵向关联成像方法，其特征在于，对所述纵向势场进行关联测量时，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈君，
申请(专利权)人：中国计量学院，
类型：发明
国别省市：