中國科學(xué)家實現(xiàn)1.36公里外毫米級高分辨成像技術(shù) 突破衍射極限

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2025-05-17 13:54:13 環(huán)球網(wǎng)

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、張強、徐飛虎等人與中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機械研究所等國內(nèi)外科研機構(gòu)合作，首次提出并實驗驗證了主動光學(xué)強度干涉技術(shù)合成孔徑技術(shù)。這項技術(shù)實現(xiàn)了對1.36公里外毫米級目標的高分辨成像，成像分辨率較干涉儀中的單臺望遠鏡提升了約14倍。相關(guān)成果發(fā)表于國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報》。

傳統(tǒng)成像技術(shù)的分辨率受單個孔徑衍射極限限制。為突破這一極限，研究人員致力于發(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，基于振幅干涉的合成孔徑技術(shù)難以直接應(yīng)用于光學(xué)波段。早在20世紀50年代，科學(xué)家提出強度干涉成像技術(shù)，該技術(shù)在光學(xué)長基線合成孔徑成像中具有獨特優(yōu)勢，但目前仍局限于恒星成像等被動成像應(yīng)用。

為了實現(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)成為一種極佳的選擇。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)在主動合成孔徑成像領(lǐng)域的應(yīng)用仍面臨挑戰(zhàn)。

研究團隊提出主動光學(xué)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，巧妙合成多個相位獨立的激光束以實現(xiàn)遠距離贗熱照明。在外場實驗中，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，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。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(fù)算法，最終成功重建出具有毫米級分辨率的目標圖像。

這項工作為遠距離、高精度的遙感成像和空間碎片探測等應(yīng)用場景開辟了新的可能性。

(責(zé)任編輯：zhangxiaohua)

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