中國科學家實現(xiàn)1.36公里外毫米級超分辨成像技術(shù)

中國教育報-中國教育新聞網(wǎng)訊（記者 方夢宇）記者近日從中國科學技術(shù)大學獲悉，該校潘建偉、張強、徐飛虎等人聯(lián)合中國科學院西安光學精密機械研究所等國內(nèi)外科研機構(gòu)，首次提出并實驗驗證了主動光學強度干涉技術(shù)合成孔徑技術(shù)，實現(xiàn)了對1.36公里外毫米級目標的高分辨成像。實驗系統(tǒng)的成像分辨率較干涉儀中的單臺望遠鏡提升約14倍。5月9日，該成果發(fā)表于《物理評論快報》，被選為編輯推薦論文，并被美國物理學會下屬網(wǎng)站Physics所報道。

《物理評論快報》審稿人高度評價該成果，認為“該論文在遠距離大氣高分辨率成像問題上取得了重大進展”。

傳統(tǒng)成像技術(shù)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，研究人員長期致力于發(fā)展各類合成孔徑成像技術(shù)。例如，事件視界望遠鏡（EHT）構(gòu)建了一個地球尺度的合成孔徑。但由于大氣湍流引起的相位不穩(wěn)定性，EHT所采用的基于振幅干涉的合成孔徑技術(shù)很難直接應用于光學波段。早在20世紀50年代，科學家提出強度干涉成像技術(shù)，其應用于光學長基線合成孔徑成像具有獨特優(yōu)勢。但當前該技術(shù)仍局限于恒星成像等被動成像應用。

為實現(xiàn)遠距離非自發(fā)光目標的高分辨率成像，并抵抗大氣湍流，結(jié)合主動照明的強度干涉技術(shù)成為了一個極佳的候選方案。然而，由于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(shù)應用于主動合成孔徑成像領(lǐng)域仍具有挑戰(zhàn)性。

針對上述難題，研究團隊創(chuàng)新性地提出了主動光學強度干涉技術(shù)，開發(fā)了一種多激光發(fā)射器陣列系統(tǒng)，通過大氣湍流的自然調(diào)制，巧妙地合成多個相位獨立的激光束以實現(xiàn)遠距離贗熱照明。

在1.36公里城市大氣鏈路外場實驗中，研究團隊使用8個相互獨立的激光發(fā)射器構(gòu)建發(fā)射陣列照射目標，相鄰發(fā)射器間距為0.15米，大于大氣湍流的典型外尺度，以確保每束激光在經(jīng)過大氣傳播后具有獨立且隨機的相位變化。同時，構(gòu)建的接收系統(tǒng)由兩臺可移動的望遠鏡組成0.07至0.87米的干涉基線，結(jié)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(guān)聯(lián)信息。研究團隊還開發(fā)了魯棒的圖像恢復算法，最終成功重建出具有毫米級分辨率的目標圖像。研究人員介紹，該工作為遠距離、高精度的遙感成像和日益重要的空間碎片探測等應用場景開辟了新的可能性。