相位是光波的一個(gè)重要屬性，它決定了光波的干涉和衍射現(xiàn)象。通過測量相位，我們可以獲得很多有用的信息，比如透明物體的形狀、厚度、折射率等。相位成像就是一種利用相位信息來構(gòu)建圖像的技術(shù)，它在生物醫(yī)學(xué)、天文學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

相位成像的常用方法是干涉法，它的原理是將物光和參考光疊加在一起，形成干涉條紋，然后根據(jù)條紋的強(qiáng)度和位置來計(jì)算物光的相位。干涉法的優(yōu)點(diǎn)是非常精確和靈敏，但是它也有一個(gè)很大的缺點(diǎn)，那就是它要求物光和參考光之間有很高的相干性和穩(wěn)定性。如果物光或參考光中存在快速的相位漲落，那么干涉條紋就會模糊或消失，導(dǎo)致相位信息丟失。這種情況在實(shí)際的測量中是很常見的，比如當(dāng)物光通過湍流的空氣或活體細(xì)胞時(shí)，或者當(dāng)參考光受到機(jī)械振動或溫度變化的影響時(shí)。

那么，有沒有一種方法，可以在相位波動的情況下，仍然能夠測量出物體的相位呢？答案是有的，而且這種方法還可以用很低的光強(qiáng)來實(shí)現(xiàn)。這就是發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》的一篇論文的主要內(nèi)容。

這篇論文的作者提出了一種基于光子相關(guān)性的相位成像方法，它不需要測量光強(qiáng)，而是測量光子之間的相關(guān)性。什么是光子相關(guān)性呢？簡單地說，就是兩個(gè)光子是否同時(shí)到達(dá)某個(gè)位置的概率。如果兩個(gè)光子是相干的，那么它們的相關(guān)性就很高，如果是不相干的，那么它們的相關(guān)性就很低。光子相關(guān)性是一種量子力學(xué)的現(xiàn)象，它可以用來描述光的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)。

論文的作者利用了一個(gè)事實(shí)，那就是光子相關(guān)性和相位有關(guān)。如果兩個(gè)光子來自同一個(gè)光源，那么它們的相關(guān)性就取決于它們的相位差。如果相位差是0或者π，那么它們的相關(guān)性就最大，如果相位差是π/2或者3π/2，那么它們的相關(guān)性就最小。這就給了我們一個(gè)思路，如果我們能夠測量出兩個(gè)光子的相關(guān)性，那么我們就可以推算出它們的相位差，從而得到物體的相位信息。

論文的作者設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置：他們用一個(gè)激光器產(chǎn)生一束光，經(jīng)過一個(gè)分束器，分成兩束光，一束作為物體光波，照射在一個(gè)透明的物體上，另一束作為參考光波，直接通過。然后，兩束光再經(jīng)過一個(gè)分束器，分別進(jìn)入兩個(gè)單光子探測器，記錄下每個(gè)光子的到達(dá)時(shí)間。通過分析兩個(gè)探測器的輸出信號，我們就可以得到兩個(gè)光子的相關(guān)性，從而計(jì)算出物體的相位分布。

這種方法的優(yōu)點(diǎn)是，它不受相位波動的影響，因?yàn)樗魂P(guān)心兩個(gè)光子是否同時(shí)到達(dá)，而不關(guān)心它們的干涉效果。即使物體光波或者參考光波的相位發(fā)生了變化，只要它們的相位差保持不變，那么它們的相關(guān)性就不會改變。因此，這種方法可以在相位不穩(wěn)定的環(huán)境下工作，而不需要短時(shí)間內(nèi)完成測量。

另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，這種方法可以用很低的光強(qiáng)來實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樗恍枰獧z測到兩個(gè)光子就可以了。論文的作者用費(fèi)舍爾信息的方法，證明了這種方法在每個(gè)相位穩(wěn)定時(shí)間內(nèi)只檢測到兩個(gè)光子的情況下，可以達(dá)到最優(yōu)的相位重建精度。這意味著，這種方法可以用于低光通量的相位成像，比如紅外光或者X射線的相位成像。

這篇論文展示了一種新穎的相位成像方法，它利用了光子相關(guān)性的特性，克服了傳統(tǒng)干涉法的局限性。這種方法可以在相位波動的情況下，用低光強(qiáng)的光源，實(shí)現(xiàn)高精度的相位成像。這種方法對于各種相位成像的應(yīng)用，包括生物醫(yī)學(xué)、天文學(xué)、量子物理等，都有很大的潛力。