ИСТИНА

В настоящем проекте планируется исследовать особенности обработки и анализа изображений в оптическом диапазоне с использованием источников излучения с подавленными фотонными шумами. Формирование такого света будет изучено в средах с кубичной оптической нелинейностью на основе эффекта фазовой самомодуляции. Предполагается детальное исследование этого эффекта как при прохождении излучением нелинейной границы раздела сред, так и при его распространении в оптическом резонаторе, заполненном нелинейной средой. Разработать алгоритмы обработки квантовых изображений, сформированных светом в квантовом субпуассоновском состоянии. Возможности повышения пространственной разрешающей способности и информационной емкости изображений будут исследованы в схемах микроскопа и оптического проектора с этими новыми квантовыми источниками света.

В ходе работы над проектом решены следующие задачи. 1. Разработана теория приготовления сверхмалошумящего квантового состояния света в субпуассоновском состоянии для двух видов устройств: многолучевого кольцевого пассивного интерферометра, заполненного прозрачной средой с керровской нелинейностью и нелинейного светоделителя, представляющего собой границу раздела двух прозрачных сред, по крайней мере одна из которых обладает керровской нелинейностью. Установлено, что первое из них более пригодно для формирования квантовых изображений, поскольку дает большую эффективность подавления фотонных флуктуаций света. Второе же оказалось интересным с эвристической точки зрения: оно наглядно демонстрирует парадоксальный характер квантовой теории, проявляющийся в поведения фазовых флуктуаций света, преодолевающего нелинейный светоделитель. Этот интересный эффект назван нами парадоксом нелинейного светоделителя. 2. Разработана и рассчитана конкретная схема устройства на основании нелинейного многолучевого интерферометра, позволяющего формировать квантовые изображения с подавленным фотонным шумом и повышенной информационной емкостью, а также с возможностью получения сверхразрешения при считывании и оцифровке этих изображений с использованием последующей компьютерной обработки. Разработан алгоритм последней. Установлено, что наиболее эффективно эта методика работает для слабоосвещенных прозрачных низкоконтрастных изображений. 3. Изучены особенности квазиоптического описания модулированных световых полей в нелинейных фотонных кристаллах, в которых реализуются условия квазисинхронного параметрического взаимодействия, для записи и восстановления изображений методом интерферометрии интенсивности. Установлено, что полоса параметрического захвата поперечных волновых чисел зависит от порядка квазисинхронизма. Разработана конкретная схема формирования нескольких квантовых фантомных изображений, комьютерная обработка которых позволяет улучшить качество получаемого изображения. 4. В качестве альтернативного пути формирования квантовых изображений исследован процесс параметрической генерации света в резонаторах. Разработана новая аналитическая теория описания этого процесса с учетом потерь, дающая хорошее совпадение с результатами компьютерных экспериментов. 5. Исследованы особенности поведения однофотонных и двухфотонных световых полей, распределенных по двум или более пространственным модам, в частности, в оптическом резонаторе. Показано, что они имеют странные особенности, заключающиеся в наличии "мертвых зон", в которых квантовые частицы не взаимодействуют с материальными объектами. Этот эффект может лечь в основу оптических коммуникационных систем, свободных от потерь излучения.