中国科大光量子雷达实现强湍流下的微米精度三维探测

中国科学技术大学薛向辉教授团队提出并验证了纠缠光照明的微米精度量子层析成像技术。基于纠缠光子对的双光子干涉测量机制，在强湍流、气泡密布的复杂液体环境中，仍能实现高保真三维图像重构。相关成果发表于国际知名光学期刊Photonics Research上。

高分辨率三维光学成像，是精准医疗诊断、高端极端制造、工业精密检测等领域的核心关键技术，但其成像效果极易受传输介质干扰。在生物医学层析成像中，样品运动引发的随机光程波动，会导致细微结构分辨率下降；组织内部复杂的折射率分布，会造成光束波形畸变、图像失真。在海洋探测、大气遥感等场景中，湍流引发的动态波前畸变，会大幅降低系统成像分辨率，甚至导致气–水界面三维测绘失效。如何在动态复杂环境中，有效抑制随机波前扰动与光强闪烁，已成为生物成像、多层介质遥感领域亟待攻克的核心难题。

针对这一技术瓶颈，团队发展了基于量子光学相干层析（QOCT）的抗扰动理论与实验体系，以频率纠缠光子对的双光子干涉（HOM干涉）为核心，从理论层面定量分析了随机波前扰动、强度噪声对干涉对比度的影响规律，证实：在随机相位涨落环境下，QOCT 的干涉能见度衰减速率，较传统经典光学相干层析（OCT）慢一个数量级以上，抗干扰能力实现量级提升。

为验证技术在真实工况的适用性，团队搭建强湍流模拟实验平台，通过磁力搅拌在液体中制造夹卷大量气泡的涡旋流场。实验结果显示：在雷诺数约5600的强湍流条件下，传统OCT完全无法正常成像，而QOCT的干涉能见度仅从0.92微降至0.83，成像稳定性与抗干扰能力优势显著。

该成果突破了传统光学成像的湍流限制，无需额外噪声修正算法与复杂图像重构处理，即可高效抑制多层复杂介质带来的运动伪影、结构模糊问题，在强波前畸变、光强闪烁的极端条件下，依旧保持高干涉保真度。这一 “量子方案”，为生物医学领域抗血流干扰的微血管疾病精准诊断、复杂水体环境目标三维重建、多介质极端制造工业检测，提供了全新技术路径。

本成果是团队在双光子大气探测技术上的迭代。中国科学技术大学地球和空间科学学院的杨可欣博士是论文第一作者，王冲副教授和薛向辉教授为论文共同通讯作者。国防科技大学刘博副教授和中国科学技术大学附属医院文磊教授为本技术提供了技术指导。该工作得到了国家自然科学基金委员会和合肥国家实验室的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1364/PRJ.587135