Quantum advances in imaging systems

Kuantum mekaniği temelli sistemler, mevcut teknolojilerin ilerletilmesinde giderek daha fazla kullanılmaktadır. Kuantum mekaniği özelliklerinin yüksek potansiyele sahip olduğu teknolojik sınırlardan biri de görüntüleme endüstrisidir. Görüntüleme uygulamaları için giderek daha fazla araştırılan kuantum görüntüleme, geleneksel görüntüleme sistemlerinin bir kuantum versiyonudur. Bu görüntüleme yöntemi, benzersiz uzamsal ve zamansal kuantum korelasyonlarından faydalanarak, modülasyon transfer fonksiyonu dahil olmak üzere parametrelerini geliştirmek için kullanılır. Bu tez, geliştirilmiş bir görüntüleme sistemi elde etmek için fotonik kuantum görüntüleme düzeninin uygulanma prosedürünü tartışmaktadır. Bu yönde, kuantum görüntüleme uygulamalarının pratikliği bakımından özellikle kuantum kaynaklarının verimli bir şekilde oluşturulması, dağıtımı ve doğru bir şekilde analiz edilmesi büyük önem taşımaktadır. Kendiliğinden parametrik aşağı dönüşüm (KPAD) oluşumunun kritik faz eşleşmesine dayalı bir kuantum kaynağı, bu görev için iyi bilinen ve giderek daha fazla kullanılan bir kaynaktır. Bu tezde, kritik faz eşleşmesi KPAD işleminin uygunluğunu teorik olarak inceledik ve bir kuantum kaynağı mühendisliği için ayrıntılı bir analiz sunduk. Teorik çalışmalarımız ve temel deneylerimizden, KPAD işleminden elde edilen sinyal ve aylak adlı foton çiftlerinin, kuantum görüntüleme için uygun olan zamansal ve mekansal korelasyonları gösterebildiği iyi anlaşılmaktadır. Bu zamansal ve mekansal korelasyonlar, örnek üzerindeki tam iki boyutlu özelliklerinin çıkarılmasını destekleyen uzamsal korelasyonları ve sistemdeki SNR'yi artırmamıza izin veren zamansal korelasyonları içerir. Gürültüyü bastırmak için zamansal korelasyonun yeteneğini öğrenmek, böylelikle SNR artışı, sürekli dalga lazerle pompalanan KPAD tarafından yönlendirilen kuantum aydınlatma deneyine dayanan ayrı bir çalışma yürütülmüştür. Sonuçlarımız, zamansal korelasyonun gürültüye karşı artan dayanıklılığının olduğunu göstermektedir. Kamera teknolojilerinin gelişimi, özellikle KPAD temelli mekansal korelasyon tabanlı görüntüleme alanında kuantum mekaniği mekansal özellikleriyle deney yapmak için bol fırsat sunmuştur. KPAD'deki mekansal korelasyon klasik sistemlerden ayrılır - çünkü EPR tipi korelasyonlar gösterir. KPAD'nin mekansal kuantum korelasyonunun yardımıyla bir nesne örneğinin mekansal özelliğinin yeniden oluşturulması görevi bu tezde gösterilmiştir. Çalışmamız, KPAD modunun sürekli bazında popüler bir çapraz mekansal korelasyon özelliğini kullanarak iki boyutlu kuantum görüntüleme gerçekleştirmeye yöneliktir. Kavram kanıtı olarak deneysel sonuçlarımız, mekansal korelasyonun bir görüntüyü yeniden oluşturmak için kullanılabileceğini göstermektedir. Bu görüntüleme şeması, KPAD sürecinin sinyal ve aylak fotonlarının kuantum korelasyon davranışına dayandığı için, rastlantısal görüntüleme tekniğini kullanarak sistemdeki gürültüyü bastırabildik. Gösterilen deneysel görüntüleme yöntemi kırınım ile sınırlıdır, bu nedenle sistem çözünürlüğü en iyi durumda klasik karşıt parçalarıyla eşittir. Simülasyon çalışmamız, kuantum görüntüleme şemasının pompa ışını bel genişliği, kristal uzunluğu, örnek nesnenin konumu ve görüntüleme aracının konumu gibi girdi parametreleri tarafından etkilenebileceğini göstermektedir. Bu nedenle, giriş parametre değerlerinin dikkatli seçimi sistem performansı için kritiktir. Çalışma, bu tezde sunulan gibi kuantum tabanlı görüntüleme şemalarının gürültüye karşı yüksek direnç gösterdiğini sonuçlandırmaktadır.