实验场景示意图 （中国科学技术大学官网图片） |
□浩源
中国古代神话中，有位天神“千里眼”可看清千里之外的细小事物，配合他身边的另一位天神“顺风耳”，能顺风听到千里之外的细微声音，双双成为辅助玉皇大帝坐知天下事的“得力耳目”。
近日，中国科学技术大学研究团队在专业期刊《物理评论快报》（PRL）上发表论文，称他们已成功通过实验验证了一项新技术——主动光学强度干涉技术合成孔径技术，实现了对远在1.36公里之外、毫米级尺寸目标的超清晰成像。
前瞻：强度干涉技术已实现恒星成像
传统成像技术的分辨率受到单个孔径衍射极限的制约。为突破这一物理极限，研究人员长期致力于发展各类合成孔径成像技术。各种望远镜🔭的诞生，已让人类实现了“千里眼”的梦想。
例如，早在20世纪50年代，英国科学家Hanbury Brown和Twiss（HBT）共同提出了强度干涉成像技术，并于1956年成功实现天狼星直径的测量。天狼星是距离地球第二近的肉眼可见恒星，距离地球约8.6光年（约81.37万亿公里）。这一测量过程是利用热光二阶干涉性质的强度干涉，实现了对这类能自发光的恒星的“被动成像”——即利用目标物体自身发出的辐射☢️（如红外线辐射☢️）的温度差异、光线辐射☢️等差异来生成图像并获取相关数据。
2019年，事件视界望远镜🔭（EHT）又构建了一个地球尺度的合成孔径，在射电波段成功获得了M87星系中心黑洞的首张图像。这一开创性成果荣获了2025年基础物理学突破奖。EHT所采用的是基于光波振幅干涉的合成孔径技术。由于大气湍流引起的相位不稳定性，这一技术很难直接应用于光学波段成像，并同样局限于恒星成像等被动成像应用。
一直以来，由于缺乏有效的远距离热光照明方案和鲁棒的图像重建（即简化的可视化工具图）算法，这种强度干涉技术在应用于主动合成孔径成像领域时，仍具有挑战性。
进展：主动光学成像，为远程监测技术开辟新维度
中国科学技术大学研究团队此次联合中国科学院西安光学精密机械研究所等国内外科研机构，首次提出并实验验证了主动光学强度干涉技术合成孔径技术，实现了对1.36公里外毫米级目标的高分辨主动成像。
研究团队开发了一种多激光发射器阵列系统，通过8个相互独立的激光发射器构建发射阵列照射目标，相邻发射器间距为0.15米，以确保每束激光在经过大气传播后具有独立且随机的相位变化；同时，构建的接收系统由两台可移动的望远镜🔭组成0.07米-0.87米的干涉基线，结合高灵敏度的单光子探测器以测量目标反射光场的强度关联信息；通过大气湍流的自然调制，巧妙地合成多个相位独立的激光束以实现远距离赝热光（伪热光）照明，同时结合该研究团队开发的鲁棒的图像恢复算法，最终成功在1.36千米之外分辨出8毫米大小的字母。该技术分辨率较常规光学系统提升14倍，为远程监测技术开辟了新维度。
该技术为远距离、高精度的遥感成像和日益重要的空间碎片探测等应用场景开辟了新的可能性。《物理评论快报》高度评价了该成果，认为“该论文在远距离大气高分辨率成像问题上取得了重大进展”。
