[發(fā)明專利]常溫運(yùn)轉(zhuǎn)的超高靈敏度中長波紅外成像方法及成像系統(tǒng)

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• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN110108657A
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃楠;劉紅軍;王昭路;池嬌;張永斌
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號: G01N21/35
• 分類號: G01N21/35;G01N21/359
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 董娜

為了解決現(xiàn)有主流中長波紅外成像技術(shù)中探測器存在較大的暗電流，難以滿足中長波紅外超靈敏探測的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種常溫運(yùn)轉(zhuǎn)的超高靈敏度中長波紅外成像方法及成像系統(tǒng)。其中方法包括以下步驟：1)利用泵浦源輸出的泵浦光對中長波紅外圖像進(jìn)行頻率變換和增強(qiáng)，得到高頻近紅外圖像；其中，泵浦源輸出的泵浦光產(chǎn)生近紅外諧振相干光，中長波紅外圖像與近紅外諧振相干光產(chǎn)生二階非線性作用，對中長波紅外圖像進(jìn)行頻率變換和增強(qiáng)；2)采集并分析高頻近紅外圖像，獲取高頻近紅外圖像的光學(xué)信息，所述光學(xué)信息包括光譜強(qiáng)度分布和波前相位；3)對高頻近紅外圖像的光學(xué)信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到增強(qiáng)后的中長波紅外圖像信息。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)成像技術(shù)，具體涉及一種常溫運(yùn)轉(zhuǎn)的超高靈敏度中長波紅外成像方法及成像系統(tǒng)。

背景技術(shù)

由于中長波紅外的光子能量對應(yīng)分子振動(dòng)－轉(zhuǎn)動(dòng)躍遷能級，而且吸收或是透射頻譜的波峰數(shù)目和位置、以及頻譜的強(qiáng)度分布都能反映物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)上的特征，因此中長波紅外用以鑒定物質(zhì)的組成成分，在光譜學(xué)領(lǐng)域具有巨大的學(xué)術(shù)價(jià)值和應(yīng)用潛力。中長波紅外在大氣傳輸時(shí)吸收比散射嚴(yán)重得多，主要有3～5μm和8～14μm兩個(gè)離散頻帶的大氣窗口，同時(shí)，中長波紅外也是物體熱輻射探測的常用波段。

中長波紅外技術(shù)廣泛應(yīng)用到環(huán)境監(jiān)測、生產(chǎn)質(zhì)控、醫(yī)學(xué)成像、大氣遙感和軍事對抗等領(lǐng)域。在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，由于大多數(shù)的碳?xì)錃怏w及其它的有毒氣體，如NO，H₂S、N₂O等，對中長波紅外附近的光具有很強(qiáng)的吸收，通常其強(qiáng)度比中長波紅外要高出好幾個(gè)數(shù)量級，所以其在天然氣管道泄漏的探測、油田開采、毒品稽查及地球大氣中對流層和平流層組成成分的探測等方面具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值；在生產(chǎn)質(zhì)控領(lǐng)域，因?yàn)楹芏喾墙饘俸途酆衔锊牧希缇厶妓狨ァ⒕勐纫蚁⒕郾⒕奂谆┧峒字捅╇娴龋饕怯蒀-H鍵和O-H鍵組成，而這些化學(xué)鍵會(huì)通過吸收中長波紅外，所以中長波紅外可用于該類材料生產(chǎn)時(shí)質(zhì)量監(jiān)控和成分比例的定量監(jiān)測；在醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域，醫(yī)用紅外成像技術(shù)是通過人體紅外輻射能量的采集，然后光電轉(zhuǎn)換成電信號，最后通過軟件分析以此實(shí)現(xiàn)疾病診斷的手段。長波紅外熱成像診斷技術(shù)特別是針對器官之中的血液循環(huán)炎癥、血液循環(huán)炎癥、酸痛等有著重要的診斷意義；在大氣遙感領(lǐng)域，由于中長波紅外對大霧、煙塵等的穿透能力較強(qiáng)，并且在海平面?zhèn)鞑r(shí)氣體分子對該波長的吸收和懸浮物對該波長的散射都比較弱，因此中長波紅外可被廣泛地應(yīng)用于大氣遙感領(lǐng)域；在軍事對抗領(lǐng)域，中長波紅外在目標(biāo)識別方面具有很大的優(yōu)勢，因此在軍事應(yīng)用方面廣泛用于偵查用途，例如戰(zhàn)場詳細(xì)偵查、偽裝目標(biāo)識別、打擊毀傷分析等。

目前，基于銻化銦(InSb)、硫化鉛(PnS)、硒化鉛(PbSe)和碲鎘汞(MCT)的探測器是實(shí)現(xiàn)中長波紅外探測的主流探測器，但由于它們存在較大的暗電流，難以滿足中長波紅外超高靈敏探測。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有主流中長波紅外成像技術(shù)中探測器存在較大的暗電流，難以滿足中長波紅外超靈敏探測的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種常溫運(yùn)轉(zhuǎn)的超高靈敏度中長波紅外成像方法及成像系統(tǒng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

一種常溫運(yùn)轉(zhuǎn)的超高靈敏度中長波紅外成像方法，其特殊之處在于，包括以下步驟：

1)利用泵浦源輸出的泵浦光對中長波紅外圖像進(jìn)行頻率變換和增強(qiáng)，得到高頻近紅外圖像；

2)采集并分析高頻近紅外圖像，獲取高頻近紅外圖像的光學(xué)信息，所述光學(xué)信息包括光譜強(qiáng)度分布和波前相位；

3)對高頻近紅外圖像的光學(xué)信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到增強(qiáng)后的中長波紅外圖像信息。

步驟1)中，泵浦源輸出的泵浦光產(chǎn)生近紅外諧振相干光，中長波紅外圖像與近紅外諧振相干光產(chǎn)生二階非線性作用，對中長波紅外圖像進(jìn)行頻率變換和增強(qiáng)。