多光子香港-奥曼德滞后干涌实现亮热源的超分辨成像

我们提出了一种量子光学方案，用于成像横向位移的任意强度热源，通过在分束器上与参考单光子 Fock 态进行多光子干涉。我们获得横向动量分辨的 $L$ 光子概率的解析形式，通过费马信息分析表明，基于多光子事件干涉采样构建的分离估计器在广泛的分离和亮度范围内显著优于现有成像方案。即使-光子数集中干涉在亚瑞利比例下保持恒定精度，显示示意我们的方案在衍射极限之外实现了量子超分辨。对于平均每帧发射 $N_s\sim1$ 光子的源（如热源的红外发射），本方案的精度下限随 $N_s$ 线性增长，体现了针对弱源 $N_s\ll1$ 的估计器精度提升，匹配最终量子尺度。最后， Fourier 平面上的横向动量分辨产生有限的成像精度，用于中间和大尺度源分离，使用约 $\delta y\sim100\,\mu \mathrm{m}$ 的粗糙像素尺寸，典型的图像斑点尺寸 $\sigma_x \sim 0.1\,\mu \mathrm{m}$。与衍射极限的直接成像和超分辨逆变换干涉成像方案相比，后者受粗糙像素尺寸严重退化，应用受限。将香港-奥曼德干涉仪相对简单的感知操作与任意亮热源的多光子集中检测以及横向光子动量的内变量分辨相结合，我们的方案为纳米尺度化学和生物系统中的非侵入式单粒子跟踪和成像提供了稳健的替代方案。