Jag accepterar att kakor lagras på min dator

Läs mer

Fotoninformation i avbildningstillämpningar.

Fotoninformation i avbildningstillämpningar. Beställ tryckt exemplar Lägg i kundvagnen Ladda ned som PDF
Författare: Markus Henriksson, David Bergström, Ingmar Renhorn, Jonas Tidström
Ort: Linköping
Sidor: 56
Utgivningsår: 2011
Publiceringsdatum: 2011-03-11
Rapportnummer: (FOI-R--3156--SE)
Nyckelord optisk avbildning, kvantoptik, enfotondetektorer, infrarött, laserradar
Keywords optical imaging, quantum optics, single photon detectors, infrared, laser radar
Sammanfattning Den här rapporten sammanfattar en litteraturgenomgång som har gjorts för att studera metoder för förbättrad avbildning, och optisk mätteknik i allmänhet, som utnyttjar kvantoptik, singelfotonkänsliga detektorer och andra nya optiska metoder. Framförallt har metoder som kan användas för avbildning på avstånd större än 100 m studerats. Både passiva tekniker där naturligt förekommande fotoner mäts, och aktiva tekniker där systemet innehåller en lasersändare, har beaktats. Sant kvantoptiska effekter är svåra att utnyttja i laserradartillämpningar där avbildning ska ske på avstånd. De få fall som överhuvudtaget är teoretiskt möjliga kräver så komplicerade system att samma prestandaförbättring ofta kan fås på ett enklare sett i ett klassiskt system, till exempel genom ökad apertur. Det finns några undantag där kvantoptiska fenomen kan användas redan idag, till exempel kalibrering av radiometriska detektorer där intrasslade fotonpar är till verklig nytta. Singelfotonkänsliga detektorer, som kan beskrivas med klassisk fysik, är mer användbara. De kan till exempel utnyttjas för att ge ökad känslighet i passiv avbildning och därmed ge möjlighet att avbilda i våglängdsband och under ljusförhållanden där det tidigare inte gått att generera bilder, och kan på sikt kanske direkt hyperspektral avbildning utan filter genom fotonenergimätande detektorer. Enfotondetektorer är också användbara i aktiva system där tidskorrelerad enfotonräkning möjliggör högupplösande avståndsprofilering med hög dynamik. Det finns en rad nya laserradarkoncept som beskrivs med komplicerade termer, till exempel ghost imaging och sub-Rayleigh imaging. Flera är i grunden starkt kopplade till klassisk skannande laserradar och kan ses som varianter på det. Det finns scenarier där dessa ger förbättrad prestanda jämfört med ett klassiskt laserradarsystem. Banrörelsemängdsmoment är en relativt nyupptäckt egenskap hos fotonen som redan har fått tillämpningar inom till exempel astronomi, där det till exempel används för att släcka ut stjärnor när man letar efter exoplaneter. Liknande och nya tillämpningar i mer jordnära avbildningssystem är inte orimliga.
Abstract This report summarizes a literature survey on methods for improved performance of imaging, and optical measurements in general, from quantum optics, single photon detectors and other new optical methods. The focus of the study has been imaging at distances longer than 100 m. Both passive imaging collecting natural photons and active imaging with a laser transmitter in the system has been considered. True quantum optical methods are difficult to use for imaging at some distance as performance is destroyed by system loss. In the few cases where there is a theoretical advantage to using quantum optics the needed systems are often so complicated that the same performance improvement can often be achieved more easily using purely classical techniques, e.g. by increasing the system aperture. There are a few exceptions where quantum optics produces real performance improvements, e.g. using entangled photons for calibration of radiometric detectors. Single photon detectors, that can be described by classical physics, show more advantages. They can be used to improve the sensitivity in passive imaging and allow imaging in wavelength bands and light conditions where imaging is not possible with classical cameras, and in due time direct hyperspectral imaging without filters using photon energy resolving detectors may be possible. single photon detectors can also be used for time correlated single photon counting to do range profiling with high resolution and dynamics. There are a number of new laser radar concepts described by complex physical reasoning, e.g. ghost imaging and sub-Rayleigh imaging. Several are basically variants of classical scanning laser radar. There are scenarios where these new concepts can give better performance than classical systems. Orbital angular momentum angular is a relatively recently discovered property of light that have found applications in e.g. astronomy where it is used to black out stars when searching for exo-planets. Similar and new applications in earth based imaging systems are a clear possibility.

Kundvagn

Inga rapporter i kundvagnen

FOI, Totalförsvarets forskningsinstitut

FOI
Totalförsvarets forskningsinstitut
164 90 Stockholm

Tel: 08-555 030 00
Fax: 08-555 031 00

Orgnr: 202100-5182