Trung Quốc đạt đột phá công nghệ tạo ảnh quang học lượng tử mới! Chụp rõ vật thể cách xa tới 1,36 km
Nhóm nghiên cứu của viện sĩ Phan Kiến Vĩ tại Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc đã đạt được bước đột phá quan trọng trong lĩnh vực tạo ảnh quang học lượng tử. Nhóm nghiên cứu đã hợp tác với các cơ quan nghiên cứu quốc tế và Trung Quốc, sáng tạo đề xuất kỹ thuật tổng hợp khẩu độ giao thoa cường độ quang học chủ động, và đã thành công trong việc thực hiện tạo ảnh độ phân giải cao cấp milimet của mục tiêu ở khoảng cách 1,36 km, độ phân giải ảnh cao hơn 14 lần so với kính viễn vọng đơn lẻ. Kết quả mang tính sáng tạo này gần đây đã được công bố trên tạp chí Physical Review Letters.
Công nghệ tạo ảnh truyền thống bị giới hạn bởi giới hạn nhiễu xạ của khẩu độ đơn lẻ. Nhằm vượt qua giới hạn này, các nhà nghiên cứu đã nỗ lực phát triển nhiều công nghệ tổng hợp khẩu độ. Ví dụ như Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện (Event Horizon Telescope) đã xây dựng một khẩu độ tổng hợp ở quy mô Trái Đất. Tuy nhiên, do sự bất ổn pha gây ra bởi nhiễu loạn khí quyển, công nghệ tổng hợp khẩu độ dựa trên giao thoa biên độ được EHT sử dụng rất khó được áp dụng trực tiếp trong dải quang học.
Từ những năm 1950, các nhà khoa học đã đề xuất kỹ thuật tạo ảnh bằng giao thoa cường độ, kỹ thuật này có ưu thế độc đáo trong ứng dụng tạo ảnh tổng hợp khẩu độ quang học đường cơ sở dài, tuy nhiên hiện nay kỹ thuật này vẫn chủ yếu giới hạn trong các ứng dụng tạo ảnh thụ động như chụp ảnh sao.
Để thực hiện tạo ảnh độ phân giải cao từ xa đối với các mục tiêu không phát sáng và chống lại ảnh hưởng của nhiễu loạn khí quyển, việc kết hợp công nghệ giao thoa cường độ với chiếu sáng chủ động trở thành một lựa chọn lý tưởng. Tuy nhiên, do thiếu các phương pháp chiếu sáng nhiệt quang từ xa hiệu quả và thuật toán tái tạo hình ảnh có độ ổn định cao, việc ứng dụng công nghệ giao thoa cường độ trong tạo ảnh tổng hợp khẩu độ chủ động vẫn còn là một thách thức.
Để giải quyết vấn đề trên, nhóm nghiên cứu đã đề xuất kỹ thuật giao thoa cường độ quang học chủ động, phát triển một hệ thống mảng nhiều thiết bị phát laser, lợi dụng sự điều biến tự nhiên của nhiễu loạn khí quyển, khéo léo tổng hợp nhiều chùm tia laser có pha độc lập để tạo ra chiếu sáng nhiệt quang từ xa.
Trong môi trường khí quyển đô thị ở khoảng cách 1,36 km, nhóm nghiên cứu đã sử dụng 8 thiết bị phát laser độc lập cách nhau 0,15 mét để chiếu sáng mục tiêu, thông qua hệ thống thu nhận có đường cơ sở điều chỉnh từ 0,07 đến 0,87 mét, cuối cùng đã tái tạo thành công hình ảnh mục tiêu có độ phân giải cấp milimet. Kỹ thuật này không chỉ vượt qua giới hạn vật lý của công nghệ tạo ảnh truyền thống, mà còn lần đầu tiên giải quyết vấn đề tạo ảnh độ phân giải cao từ xa trong môi trường khí quyển bị nhiễu loạn.
Thành quả này cung cấp một con đường kỹ thuật hoàn toàn mới cho các nhu cầu trọng đại của quốc gia như giám sát mảnh vỡ không gian, đo đạc viễn thám, v.v., thể hiện triển vọng ứng dụng rộng rãi. Nhóm của Phan Kiến Vĩ một lần nữa với thành quả mang tính sáng tạo đã thúc đẩy công nghệ quang học lượng tử tiến gần hơn đến thực tiễn ứng dụng, khẳng định vị thế dẫn đầu quốc tế của Trung Quốc trong lĩnh vực khoa học lượng tử.
Công nghệ tạo ảnh truyền thống bị giới hạn bởi giới hạn nhiễu xạ của khẩu độ đơn lẻ. Nhằm vượt qua giới hạn này, các nhà nghiên cứu đã nỗ lực phát triển nhiều công nghệ tổng hợp khẩu độ. Ví dụ như Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện (Event Horizon Telescope) đã xây dựng một khẩu độ tổng hợp ở quy mô Trái Đất. Tuy nhiên, do sự bất ổn pha gây ra bởi nhiễu loạn khí quyển, công nghệ tổng hợp khẩu độ dựa trên giao thoa biên độ được EHT sử dụng rất khó được áp dụng trực tiếp trong dải quang học.
Từ những năm 1950, các nhà khoa học đã đề xuất kỹ thuật tạo ảnh bằng giao thoa cường độ, kỹ thuật này có ưu thế độc đáo trong ứng dụng tạo ảnh tổng hợp khẩu độ quang học đường cơ sở dài, tuy nhiên hiện nay kỹ thuật này vẫn chủ yếu giới hạn trong các ứng dụng tạo ảnh thụ động như chụp ảnh sao.
Để thực hiện tạo ảnh độ phân giải cao từ xa đối với các mục tiêu không phát sáng và chống lại ảnh hưởng của nhiễu loạn khí quyển, việc kết hợp công nghệ giao thoa cường độ với chiếu sáng chủ động trở thành một lựa chọn lý tưởng. Tuy nhiên, do thiếu các phương pháp chiếu sáng nhiệt quang từ xa hiệu quả và thuật toán tái tạo hình ảnh có độ ổn định cao, việc ứng dụng công nghệ giao thoa cường độ trong tạo ảnh tổng hợp khẩu độ chủ động vẫn còn là một thách thức.
Để giải quyết vấn đề trên, nhóm nghiên cứu đã đề xuất kỹ thuật giao thoa cường độ quang học chủ động, phát triển một hệ thống mảng nhiều thiết bị phát laser, lợi dụng sự điều biến tự nhiên của nhiễu loạn khí quyển, khéo léo tổng hợp nhiều chùm tia laser có pha độc lập để tạo ra chiếu sáng nhiệt quang từ xa.
Trong môi trường khí quyển đô thị ở khoảng cách 1,36 km, nhóm nghiên cứu đã sử dụng 8 thiết bị phát laser độc lập cách nhau 0,15 mét để chiếu sáng mục tiêu, thông qua hệ thống thu nhận có đường cơ sở điều chỉnh từ 0,07 đến 0,87 mét, cuối cùng đã tái tạo thành công hình ảnh mục tiêu có độ phân giải cấp milimet. Kỹ thuật này không chỉ vượt qua giới hạn vật lý của công nghệ tạo ảnh truyền thống, mà còn lần đầu tiên giải quyết vấn đề tạo ảnh độ phân giải cao từ xa trong môi trường khí quyển bị nhiễu loạn.
Thành quả này cung cấp một con đường kỹ thuật hoàn toàn mới cho các nhu cầu trọng đại của quốc gia như giám sát mảnh vỡ không gian, đo đạc viễn thám, v.v., thể hiện triển vọng ứng dụng rộng rãi. Nhóm của Phan Kiến Vĩ một lần nữa với thành quả mang tính sáng tạo đã thúc đẩy công nghệ quang học lượng tử tiến gần hơn đến thực tiễn ứng dụng, khẳng định vị thế dẫn đầu quốc tế của Trung Quốc trong lĩnh vực khoa học lượng tử.
