高分辨率三維光學成像，是精準醫(yī)療診斷、高端極端制造、工業(yè)精密檢測等領(lǐng)域的核心關(guān)鍵技術(shù)，但其成像效果極易受傳輸介質(zhì)干擾。在生物醫(yī)學層析成像中，樣品運動引發(fā)的隨機光程波動，會導致細微結(jié)構(gòu)分辨率下降；組織內(nèi)部復(fù)雜的折射率分布，會造成光束波形畸變、圖像失真。在海洋探測、大氣遙感等場景中，湍流引發(fā)的動態(tài)波前畸變，會大幅降低系統(tǒng)成像分辨率，甚至導致氣–水界面三維測繪失效。如何在動態(tài)復(fù)雜環(huán)境中，有效抑制隨機波前擾動與光強閃爍，已成為生物成像、多層介質(zhì)遙感領(lǐng)域亟待攻克的核心難題。
 

　　針對這一技術(shù)瓶頸，團隊發(fā)展了基于量子光學相干層析(QOCT)的抗擾動理論與實驗體系，以頻率糾纏光子對的雙光子干涉(HOM干涉)為核心，從理論層面定量分析了隨機波前擾動、強度噪聲對干涉對比度的影響規(guī)律，證實：在隨機相位漲落環(huán)境下，QOCT 的干涉能見度衰減速率，較傳統(tǒng)經(jīng)典光學相干層析(OCT)慢一個數(shù)量級以上，抗干擾能力實現(xiàn)量級提升。
 

　　為驗證技術(shù)在真實工況的適用性，團隊搭建強湍流模擬實驗平臺，通過磁力攪拌在液體中制造夾卷大量氣泡的渦旋流場。實驗結(jié)果顯示：在雷諾數(shù)約5600的強湍流條件下，傳統(tǒng)OCT完全無法正常成像，而QOCT的干涉能見度僅從0.92微降至0.83，成像穩(wěn)定性與抗干擾能力優(yōu)勢顯著。
 

實驗平臺示意圖
 

透湍流液體的三維層析成像
 

　　圖(a)為強湍流液體對高斯光束的調(diào)制，圖(b)和(c)為強湍流情況下的QOCT干涉能見度，圖d為傳統(tǒng)OCT的成像結(jié)果，圖(e)和(f)為QOCT的成像結(jié)果
 

　　該成果突破了傳統(tǒng)光學成像的湍流限制，無需額外噪聲修正算法與復(fù)雜圖像重構(gòu)處理，即可高效抑制多層復(fù)雜介質(zhì)帶來的運動偽影、結(jié)構(gòu)模糊問題，在強波前畸變、光強閃爍的極端條件下，依舊保持高干涉保真度。這一 “量子方案”，為生物醫(yī)學領(lǐng)域抗血流干擾的微血管疾病精準診斷、復(fù)雜水體環(huán)境目標三維重建、多介質(zhì)極端制造工業(yè)檢測，提供了全新技術(shù)路徑。
 

　　本成果是團隊在雙光子大氣探測技術(shù)上的迭代。中國科學技術(shù)大學地球和空間科學學院的楊可欣博士是論文第一作者，王沖副教授和薛向輝教授為論文共同通訊作者。國防科技大學劉博副教授和中國科學技術(shù)大學附屬醫(yī)院文磊教授為本技術(shù)提供了技術(shù)指導。該工作得到了國家自然科學基金委員會和合肥國家實驗室的支持。