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在挑战性条件下（例如强背景辐射或复杂的散射环境），具有忠实操作的主动光传感器对于跨越各种域的遥感应用是非常可取的。诸如远程陆地映射，轨道地震学或非侵入性生物医学成像之类的示例还包括探测信号的极端光子饥饿，创造了可能对基于线性光学的传统传感器进行挑战的条件。在这项工作中，我们通过基于非线性光学元件来证明一种新型的传感系统来解决这些挑战，该系统能够同时进行三维成像和激素分析，具有单光子的灵敏度和对各种噪声来源的特殊耐受性。这种非线性光学系统利用量子 - 参数模式分类（QPM），这是一种在光谱重叠的光子上选择性检测单个信号光子的新生技术，它将基于线性光学器件的其他系统产生干扰噪声。这项工作展示了一个基于QPM的成像仪，该成像仪可以可靠地重建高度散射的模糊剂，这些靶标具有毫米深度分辨率，这是由于非线性光学的时间 - picseconds脉冲的传输。利用模式选择性上转换在Niobate波导中，我们展示了耐噪声的成像，其中很少的信号光子嵌入了34倍左右重叠的背景光子中，每个探针脉冲脉冲的背景光子超过100,000倍。本研究为新的检测方式奠定了基础，该模式可能适用于各种应用。引入了基于QPM的成像仪后，其传感能力的维度被扩展到包括振动测量值，以解决由表面振动引起的时变强度波动。我们表明，可以通过计算振动光谱作为光门控的振动光谱来进行深度分辨的振动分析。使用振动签名作为一种对比机制，我们在检测强散射后面的振动目标时证明了20 dB的改善。
Patrick Rehain
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