奇偶探测超分辨率折射率测量的理论研究

作者：王强; 王倩倩; 王振; 郝利丽^*

来源：中国光学(中英文), 2023, 16(02): 434-446.

• 折射率测量
• 奇偶探测
• 衍射极限
• 超分辨率

传统波动光学法测量样品折射率所采用的探测方法主要是强度探测和波长探测。波长的最佳检测器件为干涉型光谱仪,干涉型光谱仪是通过光功率计测量信号强度、分析条纹数目变化及所对应的光程差,进而计算出信号光波长,因此,其本质仍是以强度探测为基础的。然而,利用强度探测干涉信号,分辨率受经典衍射极限限制,很难得到进一步提升。为了解决这一瓶颈问题,本文提出利用奇偶探测突破经典分辨率的极限限制,实现超分辨率折射率测量。根据量子探测与估计理论,推导了奇偶探测和强度探测折射率测量信号及其灵敏度表达式,并进行了数值对比分析。同时,研究了损耗对系统输出信号分辨率和灵敏度的影响。数值结果表明:奇偶探测分辨率是强度探测的■倍,实现了超分辨率折射率测量,最佳灵敏度达到了折射率测量散弹噪声极限■,损耗降低了信号的分辨率和灵敏度,除极大损耗和极低光子数外,奇偶探测信号分辨率始终优于强度探测。最后,从探测手段本身出发分析了奇偶探测超分辨率折射率测量的物理本质。

• 单位
  电子工程学院; 东北石油大学