论回旋电子与涡旋电磁波量子:涡旋电磁波量子辐射 被引量：1

1

作者 王哲远 张超 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1460-1468,共9页

回旋电子辐射涡旋电磁波量子的理论模型是量子态涡旋电磁波技术的关键.本文为“论回旋电子与涡旋电磁波量子”的第二部分,建立“涡旋电磁波量子辐射”相关理论模型.电子通过能级跃迁能够辐射单个携带内禀OAM(Orbital Angular Momentum)... 回旋电子辐射涡旋电磁波量子的理论模型是量子态涡旋电磁波技术的关键.本文为“论回旋电子与涡旋电磁波量子”的第二部分,建立“涡旋电磁波量子辐射”相关理论模型.电子通过能级跃迁能够辐射单个携带内禀OAM(Orbital Angular Momentum)的电磁波量子.为了给出这一辐射机理,推导了非相对论和相对论效应中电子在朗道能级的跃迁概率.由于非相对论效应中朗道能级与内禀OAM模态值的线性关系,电子无论以何种初始状态跃迁都只能辐射平面波量子.相对论效应情况正好相反,可以得到丰富内禀OAM模态值的电磁波量子.在实际工程上,可用特定回旋装置作为产生单个涡旋电磁波量子的辐射源;模态选择上,根据不同内禀OAM模态间具有频率差的特性,利用虹膜嵌入式波导滤波器进行频率筛选,同时选择出特定内禀OAM模态的电磁波量子.最后分析强调了量子态和统计态涡旋电磁波的差异,以及二者在无线传输应用时的优缺点. 展开更多

关键词 能级跃迁辐射 涡旋电子 内禀OAM 辐射概率 相对论效应 波导滤波器 涡旋电磁波量子

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室温下高探测效率InGaAsP/InP单光子雪崩二极管

2

作者 祁雨菲 王文娟 +5 位作者 孙京华 武文 梁焰 曲会丹 周敏 陆卫 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期1-6,共6页

描述了一种高性能平面InGaAsP/InP单光子雪崩二极管(SPAD),该二极管具有单独的吸收、分级、电荷和倍增(SAGCM)异质结构。通过电场调节和缺陷控制,SPAD在293 K的门控模式下工作,光子探测效率(PDE)为70%,暗计数率(DCR)为14.93 kHz,后脉冲... 描述了一种高性能平面InGaAsP/InP单光子雪崩二极管(SPAD),该二极管具有单独的吸收、分级、电荷和倍增(SAGCM)异质结构。通过电场调节和缺陷控制,SPAD在293 K的门控模式下工作,光子探测效率(PDE)为70%,暗计数率(DCR)为14.93 kHz,后脉冲概率(APP)为0.89%。此外,在死区时间为200 ns的主动淬灭模式下工作时,室温下实现了12.49%的PDE和72.29 kHz的DCR。 展开更多

关键词 单光子雪崩二极管 暗计数率 光子探测效率 后脉冲概率

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InGaAs/InP高速正弦门控单光子探测器后脉冲抑制方案

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作者 曹扬 苏扬 +9 位作者 蒋连军 刘酩 郭舒扬 张文哲 方余强 高松 陈尊耀 陈治通 于林 唐世彪 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第4期51-57,共7页

基于量子力学基本原理的量子密钥分发(QKD)系统具有信息论安全的水平,单光子探测器是QKD系统的重要组成,其后脉冲对QKD系统的安全成码率和安全成码距离均有重要影响。文中根据InGaAs/InP高速正弦门控探测器的后脉冲概率随时间呈现指数... 基于量子力学基本原理的量子密钥分发(QKD)系统具有信息论安全的水平,单光子探测器是QKD系统的重要组成,其后脉冲对QKD系统的安全成码率和安全成码距离均有重要影响。文中根据InGaAs/InP高速正弦门控探测器的后脉冲概率随时间呈现指数递减分布的规律,提出了一种基于时间测量的后脉冲抑制方案,采用“Start-Stop型”时间间隔测量方式对探测脉冲进行测量,通过对探测事件进行时间标记并舍弃一段时长内探测脉冲的方法降低了后脉冲概率。实际验证了某型号单光子探测器的后脉冲概率随舍弃时长的关系,在500 ns舍弃时长条件下,后脉冲概率2.46%,增加舍弃时长至5μs可降低后脉冲至2%以下。同时,分析了100 ns舍弃时长条件下的典型探测脉冲计数分布,指出了主要后脉冲分布区域以及未过甄别阈值的雪崩脉冲引起的后脉冲机理。进一步地,指出基于时间测量方式区分探测脉冲的到达时间不仅可用于降低单光子探测的后脉冲概率,还可以根据探测脉冲的到达时间识别雪崩过渡区攻击事件、门外攻击事件,从而丢弃被攻击区域的探测脉冲来提升QKD系统抗量子黑客攻击的能力,可支撑高速正弦门控单光子探测器应用于实用化的QKD系统。 展开更多

关键词 量子密钥分发 正弦门控单光子探测器 后脉冲概率 时间测量

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四Gm-APD探测器提高激光雷达探测性能的研究 被引量：6

4

作者 徐璐 张勇 +4 位作者 张宇 杨旭 杨成华 王强 赵远 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2015年第9期2583-2587,共5页

提出了一种四Gm-APD单次探测的激光雷达系统,该系统采用2×2的光纤阵列同时接收回波脉冲,利用四通道实时比对得到目标的距离信息。计算了该系统探测概率、虚警概率和测距精度,并与传统单Gm-APD四次累积探测激光雷达系统进行相互比... 提出了一种四Gm-APD单次探测的激光雷达系统,该系统采用2×2的光纤阵列同时接收回波脉冲,利用四通道实时比对得到目标的距离信息。计算了该系统探测概率、虚警概率和测距精度,并与传统单Gm-APD四次累积探测激光雷达系统进行相互比较。结果表明,四Gm-APD激光雷达系统不仅能够使探测速度提高到4倍,其探测性能也都明显优于单Gm-APD四次累积探测的激光雷达。探测概率从60.6%提高到了91.6%,虚警概率从1.9%下降到了0.2%,测距精度从1.771 m提高到了0.440 m。最后,分别对两个系统进行了64×64像素的距离像仿真,仿真结果验证了该方法的正确性。 展开更多

关键词 Gm-APD激光雷达 光子计数 探测概率 虚警概率 测距精度

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采用多像素光子计数器的探测率与虚警率 被引量：6

5

作者 张国青 刘丽娜 朱长军 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2013年第7期1819-1824,共6页

为了完善多像素光子计数器(MPPC)在激光测距和激光雷达等方面应用的理论基础,对MPPC作为激光测距或激光雷达光探测器的探测率与虚警率进行了系统研究,运用泊松理论提出了基于MPPC的探测率与虚警率模型,推导了相应的解析表达式,并进行了... 为了完善多像素光子计数器(MPPC)在激光测距和激光雷达等方面应用的理论基础,对MPPC作为激光测距或激光雷达光探测器的探测率与虚警率进行了系统研究,运用泊松理论提出了基于MPPC的探测率与虚警率模型,推导了相应的解析表达式,并进行了数值分析,发现了一些传统探测器不存在的有趣特性。数值结果显示,利用多像素光子计数器作为激光测距的光接收器时,即使不使用门控(选通)技术,仅仅依靠等效光电子数探测阈值调节技术就可以达到实际应用中激光测距的系统要求。其灵敏度可达到光子量级,并能进行光子数分辨。该模型和结果对于促进MPPC在激光测距和激光雷达方面的应用,实现高灵敏度快速探测有一定的理论和实用价值。 展开更多

关键词 多像素光子计数器 激光测距 激光雷达 探测率 虚警率

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混合态二能级原子双光子过程中原子的压缩效应 被引量：5

6

作者 聂义友 郑富年 +1 位作者 刘三秋 陶向阳 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2002年第1期38-42,共5页

本文采用时间演化算符方法和数值计算研究了相干光场与混合态二能级原子相互作用双光子过程中原子的压缩效应．结果表明：原子初始所处的混合态对原子压缩性质有较大的影响，当０．８５＜Ｓ＜１时，会周期性地呈现出短时的原子压缩效应... 本文采用时间演化算符方法和数值计算研究了相干光场与混合态二能级原子相互作用双光子过程中原子的压缩效应．结果表明：原子初始所处的混合态对原子压缩性质有较大的影响，当０．８５＜Ｓ＜１时，会周期性地呈现出短时的原子压缩效应，随着原子初始混合程度的增大，原子越来越远离压缩状态． 展开更多

关键词 混合态 双光子过程 原子压缩 初始能级布居几率 压缩效应

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谐驱动力作用下的变质量谐振子 被引量：1

7

作者 王薇 顾之雨 +1 位作者 缪春晖 钱尚武 《北京大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 1997年第3期333-339,共7页

按照本文两位作者最近导出的波函数的一般解析表达式求得３种变质量谐振子在谐驱动力作用下其几率密度随时间的变化情况

关键词 波函数 几率密度 变质量谐振子 驱动力 谐振子

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轨道角动量纠缠光子对联合探测概率的研究 被引量：2

8

作者 谌娟 柯熙政 王铁成 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第4期430-438,共9页

研究了自发参量下转换过程产生的轨道角动量纠缠光子对的联合探测概率,在忽略光子偏振和晶体为薄晶体的情况下推导出轨道角动量纠缠光子对联合探测概率的表达式。研究结果表明:自发参量下转换过程中抽运光、信号光以及空闲光参数(束腰... 研究了自发参量下转换过程产生的轨道角动量纠缠光子对的联合探测概率,在忽略光子偏振和晶体为薄晶体的情况下推导出轨道角动量纠缠光子对联合探测概率的表达式。研究结果表明:自发参量下转换过程中抽运光、信号光以及空闲光参数(束腰、轨道角动量和径向指数)的大小决定着纠缠光子的联合探测概率。 展开更多

关键词 量子信息 轨道角动量 自发参量下转换 波函数 联合探测概率

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基于厄米-高斯光束的单光子捕获理论研究 被引量：4

9

作者 张光宇 马晶 谭立英 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第8期1201-1204,共4页

从光波电磁场方程的TEM10和TEM01模厄米高斯光束出发,推导了自由空间量子密钥分配的单光子捕获概率表达式.针对低轨卫星地面站间激光链路,进行了单光子捕获分析.理论研究表明,对于低轨卫星地面站间量子密钥分配,采用TEM10和TEM01模厄米... 从光波电磁场方程的TEM10和TEM01模厄米高斯光束出发,推导了自由空间量子密钥分配的单光子捕获概率表达式.针对低轨卫星地面站间激光链路,进行了单光子捕获分析.理论研究表明,对于低轨卫星地面站间量子密钥分配,采用TEM10和TEM01模厄米高斯型高度衰减激光脉冲作为单光子源是可行的. 展开更多

关键词 量子密钥分配 单光子捕获概率 厄米-高斯光柬

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相干和多模热光场的光子统计实验 被引量：2

10

作者 张合勇 赵帅 +2 位作者 郭劲 王挺峰 刘海波 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第10期2132-2139,共8页

以激光外差探测中两束光的特性为基础,分析了相干光场和多模热光场的光子统计模型。分别讨论了上述两种光场的二阶和三阶统计特征,其中二阶统计对应于Fano因子,三阶统计对应于对称因子。对上述两种光场的Fano因子和对称因子进行了实验... 以激光外差探测中两束光的特性为基础,分析了相干光场和多模热光场的光子统计模型。分别讨论了上述两种光场的二阶和三阶统计特征,其中二阶统计对应于Fano因子,三阶统计对应于对称因子。对上述两种光场的Fano因子和对称因子进行了实验测量。结果显示,相干光场的Fano因子和对称因子不随入射光子数而变化。将理论模型和实验数据相结合可得到与之对应的串扰概率为0.032 1,探测器增益系数为1.046 0ph。多模热光场的Fano因子随着入射光子数增加呈直线上升趋势;目标运动速度加快,Fano因子逐渐减小,表示回波光子波动减小,认为其本质原因是热模个数增加引起的平均效应;而多模热光场的对称因子呈抛物线趋势逐渐增加。对相干和多模热光场统计特性的研究,为光子计数体制激光外差探测奠定了基础。 展开更多

关键词 相干光场 多模热光场 光子统计 Fano因子 对称因子 串扰概率 增益系数

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基于拉盖尔-高斯光束的单光子捕获理论研究 被引量：1

11

作者 于思源 刘剑峰 +2 位作者 张光宇 马晶 谭立英 《应用光学》 CAS CSCD 2008年第2期303-306,312,共5页

基于TEM10模拉盖尔-高斯光束,推导自由空间量子密钥分配中单光子捕获概率表达式。针对低轨卫星-地面站间激光链路进行单光子捕获分析。结果表明:采用可高度衰减激光脉冲的TEM10模拉盖尔-高斯光束作为单光子源,单光子捕获采用前驱波参考... 基于TEM10模拉盖尔-高斯光束,推导自由空间量子密钥分配中单光子捕获概率表达式。针对低轨卫星-地面站间激光链路进行单光子捕获分析。结果表明:采用可高度衰减激光脉冲的TEM10模拉盖尔-高斯光束作为单光子源,单光子捕获采用前驱波参考脉冲设置时间窗口的方法,可使卫星上接收机以最大概率捕获光子。与基模高斯光束相比,采用TEM10模拉盖尔-高斯光束的优点是,不会由于卫星运动而增加单光子捕获概率的损耗。 展开更多

关键词 量子密钥分配 单光子捕获 拉盖尔-高斯光束 单光子捕获概率 卫星

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Kerr效应和虚光场效应对三能级原子-场系统原子占居态几率的影响 被引量：2

12

作者 陶向阳 陈建珍 刘三秋 《光子学报》 EI CAS CSCD 2000年第1期9-13,共5页

研究类克尔介质中非旋波近似下三能级原子与场相互作用系统的原子占居态几率的时间演化；讨论了光场频率ω及类克尔介质常量ｘ 对原子占居态几率的影响． 结果表明：虚光场的作用使原子占居态几率的时间演化曲线中出现量子噪音，而Ｋｅ... 研究类克尔介质中非旋波近似下三能级原子与场相互作用系统的原子占居态几率的时间演化；讨论了光场频率ω及类克尔介质常量ｘ 对原子占居态几率的影响． 结果表明：虚光场的作用使原子占居态几率的时间演化曲线中出现量子噪音，而Ｋｅｒｒ 介质效应会抑制量子噪音的产生；原子吸收率随ｘ 的增大而降低；系统的粒子数反转随ｘ 的增大明显减弱，但随ω的增大有所增强． 展开更多

关键词 KERR效应 虚光场效应 占居态几率 二能级原子

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基于拉盖尔-高斯光束的单光子捕获概率研究（英文） 被引量：6

13

作者 张光宇 刘琳婧 张成龙 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期23-28,共6页

单光子源通常采用基于高斯光束的高度衰减激光脉冲,假设激光束具有初始高斯时域脉冲波形和TEM_(01)模拉盖尔-高斯空域分布.基于折射率起伏的Rytov近似和修正von Karman谱模型,研究了大气湍流对星地量子通信单光子捕获概率的影响;建立了... 单光子源通常采用基于高斯光束的高度衰减激光脉冲,假设激光束具有初始高斯时域脉冲波形和TEM_(01)模拉盖尔-高斯空域分布.基于折射率起伏的Rytov近似和修正von Karman谱模型,研究了大气湍流对星地量子通信单光子捕获概率的影响;建立了上行信道和下行信道的单光子捕获概率理论模型;针对低轨卫星-地面站间激光链路,对单光子捕获概率进行了分析.结果表明:上行信道的单光子捕获概率强烈依赖于地面折射率结构常数C_n^2(0),且随着C_n^2(0)的增加而减小;然而,下行信道的单光子捕获概率并不依赖于C_n^2(0),即大气湍流对其没有影响. 展开更多

关键词 单光子捕获概率 拉盖尔-高斯光束 折射率结构常数 星地量子通信 大气湍流

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基于基模高斯光束的单光子捕获概率研究 被引量：3

14

作者 张光宇 马晶 +1 位作者 谭立英 于思源 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2005年第5期522-524,527,共4页

建立了一种自由空间量子密钥分配的单光子捕获概率理论模型.基于基模高斯光束,推导了单光子捕获概率的表达式.得到影响单光子捕获概率的主要参量是发射机的跟瞄误差、光束远场发散角、发射机和接收机的链路距离和接收机天线孔径.针对低... 建立了一种自由空间量子密钥分配的单光子捕获概率理论模型.基于基模高斯光束,推导了单光子捕获概率的表达式.得到影响单光子捕获概率的主要参量是发射机的跟瞄误差、光束远场发散角、发射机和接收机的链路距离和接收机天线孔径.针对低轨卫星-地面站间链路进行了数值仿真分析,得到单光子捕获概率一般在10-3～10-5量级. 展开更多

关键词 量子密钥分配 单光子捕获概率 基模高斯光束 低轨卫星

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基于APD参数建模的单光子探测研究 被引量：3

15

作者 艾青 万钧力 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第2期219-224,共6页

针对单光子雪崩光电二极管(SPADs)的单光子量子效率(SPQE),提出了一种严格的数学模型。模型适用于工作波长为1.3μm和1.5μm的In_(0.52)Al_(0.48)As、InP倍增层和In_(0.52)Al_(0.48)As-InP异质结倍增层的SPADs。模型作为器件结构、工作... 针对单光子雪崩光电二极管(SPADs)的单光子量子效率(SPQE),提出了一种严格的数学模型。模型适用于工作波长为1.3μm和1.5μm的In_(0.52)Al_(0.48)As、InP倍增层和In_(0.52)Al_(0.48)As-InP异质结倍增层的SPADs。模型作为器件结构、工作电压、倍增层材料的函数,可用来优化SPQE,进而评估和优化盖革模式下APDs的性能。 展开更多

关键词 光电子学 单光子量子效率 雪崩概率 暗计数 雪崩光电二极管

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圆孔衍射成像的光子学诠释 被引量：2

16

作者 张成义 陶纯堪 《激光杂志》 CAS CSCD 北大核心 2006年第6期56-57,共2页

用量子力学中关于光的粒子性观点,采用概率波对圆孔衍射成像过程进行了讨论,所得到的结论与采用光的波动性观点的惠更斯-菲涅耳原理及Fourier变换方法相同。通过分析,使我们进一步加深了对光的粒子性层面的认识。

关键词 圆孔衍射 光子 概率 波函数 成像

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用于1550nm光子检测的InGaAs/InP单光子雪崩二极管的温度相关性 被引量：2

17

作者 王帅 韩勤 +4 位作者 叶焓 耿立妍 陆子晴 肖峰 肖帆 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2021年第11期70-76,共7页

在越来越多的光子计数应用中,用于近红外光波长领域的单光子探测器受到广泛关注。例如在量子信息处理、量子通信、3D激光测距(LiDAR)、时间分辨光谱等光子计数应用领域。文中设计并展示了用于探测1 550 nm波长光子的InGaAs/InP单光子雪... 在越来越多的光子计数应用中,用于近红外光波长领域的单光子探测器受到广泛关注。例如在量子信息处理、量子通信、3D激光测距(LiDAR)、时间分辨光谱等光子计数应用领域。文中设计并展示了用于探测1 550 nm波长光子的InGaAs/InP单光子雪崩二极管(SPAD)。这种SPAD采用分离吸收、过渡、电荷和倍增区域结构(SAGCM),在盖革模下工作时具有单光子灵敏度。SPAD的特性包括随温度范围223~293 K变化的击穿电压、暗计数率、单光子检测效率和后脉冲概率。25μm直径的SPAD显示出一定的温度相关性,击穿电压随温度的变化率约为100 mV/K。当SPAD在盖革模式下温度为223 K工作时,在暗计数率为4.1 kHz,后脉冲概率为3.29%的基础上,对1 550 nm光子实现了21%的单光子探测效率。文中还分析和讨论了SPAD温度相关性的单光子探测效率、暗计数率和后脉冲概率的来源和物理机制。这些机制分析、讨论和计算可以为SPAD的设计和制备提供更多的理论支持和依据。 展开更多

关键词 单光子探测器 温度相关性 光子探测效率 暗计数率 后脉冲概率

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双光子跃迁上能级的选择 被引量：1

18

作者 方允 孙寅官 何琛娟 《北京师范大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 1997年第3期349-352,共4页

以微扰论证明，并以Na原子4D—4P—3S路径参量四波混频辐射的增益和实验结果证实，双光子跃迁中间虚能级越靠近实能级，跃迁几率越大，非线性光学效应越强．

关键词 跃迁几率 双光子跃迁 非线性光学效应 能级

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三能级原子与双模腔场多光子作用的光子数统计分布 被引量：1

19

作者 刘堂昆 李宏 刘正东 《量子电子学》 CSCD 1992年第2期136-141,共6页

本文从级联型三能级原子与双模相干场多光子作用过程出发,求解了薛定谔方程,得到了辐射场的光子数几率分布函数,由此研究了双模多光子过程中光子数分布随时间和多光子数变化的特点。

关键词 级联型 三能级 原子 光子 光子数

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基于图像加权的多能光子计数X线CT全能谱图像重建改进方法 被引量：1

20

作者 周正东 管绍林 +2 位作者 涂佳丽 李剑波 张雯雯 《东南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第5期892-896,共5页

为了提高基于图像加权的多能光子计数X线CT全能谱重建图像的质量,提出了一种图像重建改进方法.首先,对每个能量段的投影数据采用最大后验概率(MAP)统计重建算法进行图像重建;然后,对各能量段图像进行优化加权求和,获得全能谱图像.仿真... 为了提高基于图像加权的多能光子计数X线CT全能谱重建图像的质量,提出了一种图像重建改进方法.首先,对每个能量段的投影数据采用最大后验概率(MAP)统计重建算法进行图像重建;然后,对各能量段图像进行优化加权求和,获得全能谱图像.仿真实验结果表明,MAP统计重建算法可显著提高全能谱重建图像的对比噪声比(CNR).与滤波反投影算法相比,当能量段数分别为2,4,6,9时,MAP统计重建算法使得钙图像的CNR分别提高659.7%,643.4%,621.2%,586.1%,碘图像的CNR分别提高663.8%,648.6%,635.1%,600.9%,软组织图像的CNR分别提高596.2%,638.5%,592.6%,596.3%;与能量积分法相比,当能量段数分别为2,4,6,9时,M AP统计重建算法使得钙图像的CNR分别提高43.3%,49.1%,49.3%,44.5%,碘图像的CNR分别提高43.2%,45.7%,45.7%,40.2%,软组织图像的CNR分别提高21.5%,28.9%,25.5%,26.2%. 展开更多

关键词 光子计数X线CT 基于图像加权 最大后验概率 对比噪声比

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