上海光机所在基于相干探测鬼成像雷达的动态定量相位成像研究取得进展

近日，中科院上海光机所空天激光技术与系统部研究团队在动态相位定量成像领域取得突破。研究团队提出并验证了一种基于单臂场关联鬼成像的新型动态相位成像方案，实现了无需相位恢复算法的连续透明介质动态相位定量映射。相关成果以“Quantitative dynamic phase mapping via single-arm field-correlation ghost imaging”为题发表于APL Photonics。

在电磁波测量中，相位相比振幅是更为灵敏的物理参量，在微波、太赫兹及X射线等波段测量中均承载着关键信息。传统光学干涉测量技术虽能提供高灵敏度，却对机械振动和光程漂移等环境稳定性要求苛刻。近年来非干涉单臂技术如相干衍射成像被提出，但其通常依赖迭代相位恢复算法，计算较为复杂且较难应对动态场景。

针对上述挑战，研究团队将待测连续透明介质建模为动态纯相位物体，通过场关联鬼成像将其二维复透射率进行空间编码与压缩，全部信息由一个桶探测器接收。该架构将空间信息映射到时间域，借助高速数字化技术连续解析二维相位动力学，绕过了传统面阵传感器的帧率瓶颈。结合中频频谱分析，该方法建立了从记录信号到物理相位的直接线性映射，复振幅可通过场关联确定性地提取，并利用伪逆算法实现二维声压分布的空间重建。

图1.基于单臂场关联鬼成像的新型动态相位成像实验装置示意图

研究团队在声悬浮器中开展了如图1所示实验验证。结果表明，光学提取的声波波长与理论色散模型匹配，且所提取的相移与局部声压水平之间呈现线性相关，具体不同频率的相位空间分布如图2所示。这一确定性方法为表征快速演化现象提供了一种具备实时能力的计量工具，可广泛应用于瞬态气动声学流场、激波以及微流体生物动力学等场景。该研究为动态相位成像提供了一条无需相位恢复、无需双臂干涉、无需面阵探测器的路径，在高速气动光学诊断、超声场定量表征及微流控实时监测等领域具有重要的应用前景。

图2.不同时间频率动态相位的相位空间的实验-模拟验证对比图

研究得到了国家重点研发计划、中国科学院战略性先导科技专项以及中国载人航天工程空间应用系统项目的支持。

相关链接：https://doi.org/10.1063/5.0335261