用于超分辨增强的相干主动卷积照明理论

近来，一种称为等离子体注入方案（plasmon injection scheme）的光学放大过程被提出，作为克服超材料（metamaterials）中损耗的有效方案。近场成像应用中的实现表明，即便在噪声存在下也有显著的性能增强。这一强大且通用的补偿技术此后被重命名为更广义的主动卷积照明（active convolved illumination），为改进许多先前构想的基于超材料的器件和传统成像系统的性能提供了新可能。在本工作中，我们首次给出相干成像中主动卷积照明的全面数学分解。我们的分析突出了主动卷积照明的独特特征，如选择性频谱放大与相关性，并提供了对损耗补偿过程的严格理解。这些特征由与物场相干叠加的辅助源实现。该辅助源被设计具有三个重要性质。第一，它与物场相关。第二，它定义于有限频谱带宽上。第三，它在该选定带宽上被放大。我们推导了图像频谱的方差，并表明利用具有上述性质的辅助源可显著提升频谱信噪比与分辨率极限。除增强的超分辨成像外，该理论还有可能被推广至广泛相干与非相干线性系统中的信息或光子损耗补偿，包括例如大气成像、时域光谱、${\cal PT}$ 对称非厄米光子学乃至量子计算中的系统。