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9月3日，中國(guó)科大潘建偉、張強(qiáng)等與美國(guó)麻省理工學(xué)院Frank Wilczek合作，利用濟(jì)南量子技術(shù)研究院研制的周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)，搭建顏色擦除強(qiáng)度干涉儀，成功分辨出1.43km距離外相距4.2mm的兩個(gè)不同波長(zhǎng)（1063.6nm和1064.4 nm）光源，以超過單望遠(yuǎn)鏡衍射極限40倍的結(jié)果驗(yàn)證了顏色擦除強(qiáng)度干涉技術(shù)（chromatic intensity Interferometry）具備高空間分辨成像能力，拓展了強(qiáng)度干涉技術(shù)的應(yīng)用范圍，有望被應(yīng)用于天文觀測(cè)、空間遙感和空間碎片探測(cè)等領(lǐng)域，相關(guān)成果發(fā)表在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上。

干涉儀被廣泛用于各種高空間分辨成像技術(shù)中，以突破單鏡片有限孔徑下的分辨率極限（衍射極限）。上世紀(jì)50年代，英國(guó)科學(xué)家Robert Hanbury Brown和Richard Quintin Twiss共同發(fā)現(xiàn)了以他們名字命名的Hanbury Brown and Twiss效應(yīng)（簡(jiǎn)稱HBT效應(yīng)），并提出了利用該效應(yīng)的強(qiáng)度干涉技術(shù)。1956年，他們搭建強(qiáng)度干涉儀成功測(cè)出了天狼星的直徑，成為了該技術(shù)一個(gè)經(jīng)典的應(yīng)用案例。不過這種傳統(tǒng)的強(qiáng)度干涉方案要求進(jìn)入探測(cè)器的光子全部具有相同的波長(zhǎng)，限制了其應(yīng)用范圍。2016年，美國(guó)物理學(xué)家，諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Frank Wilczek和其同事在理論上提出，將基于頻率轉(zhuǎn)換原理的顏色擦除探測(cè)器引入強(qiáng)度干涉儀，可以使得進(jìn)入探測(cè)器的不同波長(zhǎng)光子也發(fā)生干涉并提取出相位信息。他們將這種新技術(shù)命名為顏色擦除強(qiáng)度干涉技術(shù)（chromatic intensity Interferometry）。隨后，潘建偉小組利用濟(jì)南量子院自主研制的周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)首次搭建了顏色擦除單光子探測(cè)，并基于此在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)原理演示了強(qiáng)度干涉技術(shù)（Phys. Rev. Lett. 123, 243601 (2019)，Opt. Express 28, 32294 (2000)）。

圖1：實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖

為了驗(yàn)證該技術(shù)具備高空間分辨成像能力，該小組在上海開展了外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。如圖1所示，他們利用兩種不同波長(zhǎng)的泵浦光分別泵浦并聯(lián)的兩個(gè)PPLN波導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)了無法分辨1063.6nm和1064.4 nm光子差異的顏色擦除探測(cè)器，并用兩個(gè)這樣的探測(cè)器搭建了80cm基線長(zhǎng)度的強(qiáng)度干涉儀對(duì)1.43km外的相距4.2mm的兩個(gè)不同波長(zhǎng)光源目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量。獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，他們?cè)诶碚撋咸岢隽艘环N相位擬合的算法得到了兩個(gè)光源的角距離，結(jié)果超過了實(shí)驗(yàn)所使用的單臺(tái)10.9mm望遠(yuǎn)鏡衍射極限的40倍，成功驗(yàn)證了該系統(tǒng)的高空間分辨成像能力?！段锢碓u(píng)論快報(bào)》雜志審稿人評(píng)價(jià)“這項(xiàng)工作為超越由孔徑大小決定的傳統(tǒng)衍射極限提供了一種新的有趣成像方法（”This explores one of a variety interesting methods to image beyond the traditional diffraction limit driven by aperture sizes“）。

該研究工作得到了科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委、中科院、山東省、上海市和安徽省的支持。

論文鏈接： https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.127.103601

（合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心、中科院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院、科研部）