[發(fā)明專利]基于時分復用的光子計數(shù)關(guān)聯(lián)成像裝置與方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710297851.0
• 申請日: 2017-04-29
• 公開（公告）號: CN106949965A
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 薄遵望;韓申生;龔文林;陳明亮
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01J1/44
• 分類號: G01J1/44;G01S17/89
• 代理公司: 上海恒慧知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(特殊普通合伙)31317
• 代理人: 張寧展

1.一種基于時分復用的光子計數(shù)關(guān)聯(lián)成像裝置，其特征在于包括一熱光源(1)，沿該熱光源(1)發(fā)出的光束方向設(shè)有分光棱鏡(2)，該分光棱鏡(2)將入射光分為反射光束和透射光束，反射光束方向作為參考光路，在該參考光路中沿光路依次放置參考透鏡(3)和具有高空間分辨能力的面探測器(4)，透射光束方向作為物光路，在該物光路中沿光路依次放置發(fā)射透鏡(5)、成像目標(6)、接收望遠鏡(7)和時分復用光子計數(shù)器(8)；所述的熱光源(1)、面探測器(4)和時分復用光子計數(shù)器(8)分別與計算機(9)相連，并在計算機(9)的控制下同步工作；所述的熱光源(1)、參考透鏡(3)、面探測器(4)、發(fā)射透鏡(5)和成像目標(6)之間的位置滿足下列高斯成像關(guān)系：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{1}{f_c}=\frac{1}{z_1}+\frac{1}{z_2}\\ \frac{1}{f_w}=\frac{1}{z_3}+\frac{1}{z_4}\end{array}\right.$

其中：f_c為參考透鏡(3)的焦距；

f_w為發(fā)射透鏡(5)的焦距；

z₁為熱光源(1)到參考透鏡(3)之間的距離；

z₂為參考透鏡(3)到面探測器(4)的感光面之間的距離；

z₃為熱光源(1)到發(fā)射透鏡(5)之間的距離；

z₄為參考透鏡(3)到成像目標(6)之間的距離。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于時分復用的光子計數(shù)關(guān)聯(lián)成像裝置，其特征在于，所述的時分復用光子計數(shù)器(8)包括一根輸入光纖(10)，與該輸入光纖(10)相連的n路光纖分束器(11)，該n路光纖分束器(11)的輸出端通過n路延時光纖(12)與n路光纖合束器(13)的輸入端相連，該n路光纖合束器(13)的輸出端通過輸出光纖(14)與單光子探測器(15)的輸入端相連，該單光子探測器(15)的輸出端與數(shù)字計數(shù)器(16)相連。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于時分復用的光子計數(shù)關(guān)聯(lián)成像裝置，其特征在于，所述的n路延時光纖(12)由n根型號相同、長度由短到長依次增加的延時光纖組成，所述n根延時光纖的長度滿足下列關(guān)系：

L_i＝L₁+(i-1)ΔL,i＝1…n

其中：L₁代表第一根延時光纖的長度，L_i代表第i根延時光纖的長度，ΔL代表長度相鄰的兩根延時光纖之間的長度差，為一恒定量，其數(shù)值由單光子探測器(15)的采樣頻率v決定，具體表達式為：

$\mathrm{\Δ}L=\frac{c}{v}$

其中：c代表光在延時光纖中的傳播速度。

4.一種基于時分復用的光子計數(shù)關(guān)聯(lián)成像方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

①熱光源(1)在計算機(9)的控制下發(fā)出脈沖光，發(fā)射光被分光棱鏡(2)分為兩路，其中反射光路中的參考透鏡(3)將熱光源面處的光場分布成像到面探測器(4)的感光面上，面探測器(4)在計算機(9)的控制下記錄本次發(fā)射光場的光強分布信息I_i(x)；

②透射光路中發(fā)射透鏡(5)將熱光源面處的光場分布成像到目標(6)上，光場經(jīng)目標(6)反射后被接收望遠鏡(7)收集接收并輸入時分復用光子計數(shù)器(8)，時分復用光子計數(shù)器(8)在計算機(9)的控制下探測并記錄下本次采樣的返回光子數(shù)C_i；

③所述的熱光源(1)、面探測器(3)和時分復用光子計數(shù)器(8)在計算機(9)的控制下按照步驟①和步驟②中的工作方式同步進行多次采樣，依次分別記錄下每次采樣的光場分布I_i(x)和返回光子數(shù)C_i，其中i＝1,2…k為采樣次數(shù)；

④利用計算機(9)對面探測器(4)記錄的光強分布信息I_i(x)和時分復用光子計數(shù)器(8)記錄的返回光子數(shù)C_i進行關(guān)聯(lián)運算，得到目標的實空間像。