科學家實現基於主動光學強度干涉的合成孔徑成像

【環球網科技綜合報道】5月12日消息，根據中國科學院官網消息，中國科學技術大學潘建偉等，聯合美國麻省理工學院、中國科學院西安光學精密機械研究所等單位的科研人員，首次提出並實驗驗證了主動光學強度干涉技術合成孔徑技術，實現了對1.36公里外毫米級目標的高分辨成像。實驗系統的成像分辨率較干涉儀中的單台望遠鏡提升約14倍。

據悉，近日相關研究成果作為編輯推薦論文，發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上，並被美國物理學會下屬網站Physics報道。

據介紹，傳統成像技術的分辨率受到單個孔徑衍射極限的制約。為突破這一物理極限，研究人員致力於發展各類合成孔徑成像技術。例如，2019年事件視界望遠鏡構建了地球尺度的合成孔徑，在射電波段獲得M87星系中心黑洞的首張圖像。但是，由於大氣湍流引起的相位不穩定性，事件視界望遠鏡採用的基於振幅干涉的合成孔徑技術很難直接應用於光學波段。20世紀50年代，英國科學家Hanbury Brown和Twiss共同提出強度干涉成像技術，並於1956年實現天狼星直徑測量。與振幅干涉技術相比，利用熱光二階干涉性質的強度干涉技術對大氣湍流和望遠鏡光學缺陷不敏感，應用於光學長基線合成孔徑成像具有優勢。

儘管如此，當前強度干涉技術仍侷限於恆星成像等被動成像應用。為實現遠距離非自發光目標的高分辨率成像，並抵抗大氣湍流，結合主動照明的強度干涉技術成為極佳的候選方案。然而，由於缺乏有效的遠距離熱光照明方案和魯棒的圖像重建算法，強度干涉技術應用於主動合成孔徑成像領域具有挑戰性。

針對上述難題，該團隊創新性地提出了主動光學強度干涉技術，開發了多激光發射器陣列系統，通過大氣湍流的自然調製，巧妙地合成多個相位獨立的激光束。在1.36公里城市大氣鏈路外場實驗中，團隊使用8個相互獨立的激光發射器來構建發射陣列照射目標。相鄰發射器間距為0.15米，大於大氣湍流的典型外尺度（通常為0.02米至0.05米），以確保每束激光在經過大氣傳播後具有獨立且隨機的相位變化。同時，構建的接收系統由兩台可移動的望遠鏡組成0.07米至0.87米的干涉基線，結合高靈敏度的單光子探測器以測量目標反射光場的強度關聯信息。同時，團隊還開發了魯棒的圖像恢復算法，重建出具有毫米級分辨率的目標圖像。

據瞭解，這一研究為遠距離、高精度的遙感成像以及日益重要的空間碎片探測等應用場景開闢了新的可能性。（青雲）