記者12日從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校潘建偉、張強(qiáng)、徐飛虎等人聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所等國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)，首次提出并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了主動(dòng)光學(xué)強(qiáng)度干涉技術(shù)合成孔徑技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)1.36公里外毫米級(jí)目標(biāo)的高分辨成像。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的成像分辨率較干涉儀中的單臺(tái)望遠(yuǎn)鏡提升約14倍。相關(guān)成果日前發(fā)表于國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》。

傳統(tǒng)成像技術(shù)的分辨率受到單個(gè)孔徑衍射極限的制約。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(yuǎn)鏡構(gòu)建了一個(gè)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，事件視界望遠(yuǎn)鏡所采用的基于振幅干涉的合成孔徑技術(shù)很難直接應(yīng)用于光學(xué)波段。早在20世紀(jì)50年代，科學(xué)家提出強(qiáng)度干涉成像技術(shù)，其應(yīng)用于光學(xué)長(zhǎng)基線合成孔徑成像具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，但當(dāng)前該技術(shù)仍局限于恒星成像等被動(dòng)成像應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離非自發(fā)光目標(biāo)的高分辨率成像，并抵抗大氣湍流，結(jié)合主動(dòng)照明的強(qiáng)度干涉技術(shù)成為極佳的候選方案。然而，由于缺乏有效的遠(yuǎn)距離熱光照明方案和魯棒的圖像重建算法，強(qiáng)度干涉技術(shù)應(yīng)用于主動(dòng)合成孔徑成像領(lǐng)域仍具挑戰(zhàn)性。

針對(duì)上述難題，研究團(tuán)隊(duì)提出主動(dòng)光學(xué)強(qiáng)度干涉技術(shù)，開發(fā)一種多激光發(fā)射器陣列系統(tǒng)，通過(guò)大氣湍流的自然調(diào)制，巧妙合成多個(gè)相位獨(dú)立的激光束以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離贗熱照明。

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖。中國(guó)科大供圖

在1.36公里城市大氣鏈路外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)使用8個(gè)相互獨(dú)立的激光發(fā)射器構(gòu)建發(fā)射陣列照射目標(biāo)，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(guò)大氣傳播后具有獨(dú)立且隨機(jī)的相位變化。同時(shí)，構(gòu)建的接收系統(tǒng)由兩臺(tái)可移動(dòng)的望遠(yuǎn)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(cè)器以測(cè)量目標(biāo)反射光場(chǎng)的強(qiáng)度關(guān)聯(lián)信息。研究團(tuán)隊(duì)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(jí)分辨率的目標(biāo)圖像。

研究人員介紹，該工作為遠(yuǎn)距離、高精度的遙感成像和日益重要的空間碎片探測(cè)等應(yīng)用場(chǎng)景開辟了新的可能性。