[發明專利]一種干涉增強上轉換成像裝置

在審

• 申請號: 202011119048.6
• 申請日: 2020-10-19
• 公開（公告）號: CN112255857A
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 汪韜;馬曉燠;楊奇龍;樊志華;賈天豪;游雙慧
• 申請（專利權）人: 重慶連芯光電技術研究院有限公司
• 主分類號: G02F1/35
• 分類號: G02F1/35;G02F1/355
• 代理公司: 重慶智慧之源知識產權代理事務所(普通合伙) 50234
• 代理人: 高彬

本申請提供了一種干涉增強上轉換成像裝置，包括：分束器，反射鏡，二維圖像上轉換器，參考光上轉換器，相位調制器，二向色鏡，光電探測器；分束器，用于將激光器發出的光分為兩束，一束作為信號光，另一束作為參考光；反射鏡，用于改變裝置中的光路傳播方向；二維圖像上轉換器，用于通過增大非線性晶體中激光模式的大小實現二維圖像的高空間分辨的頻率上轉換；參考光上轉換器，用于通過外腔增強泵浦光強度實現參考光高轉換效率的轉換；相位調制器，用于調整上轉換信號光的相位；二向色鏡，用于將上轉換信號光和上轉換參考光合束；光電探測器，用于探測干涉增強后的二維上轉換圖像。從而實現高轉換效率和高空間分辨率的二維圖像上轉換。

技術領域

本申請涉及頻率上轉換成像領域，具體而言，涉及一種干涉增強頻率上轉換成像裝置。

背景技術

紅外或近紅外，尤其是光通信波段的光子波長處在大氣和光纖的低損耗傳輸窗口，在生物醫學成像、國防軍事、氣體分析和量子信息領域具有廣泛地應用。目前最先進的直接紅外探測器有熱傳感器、半導體探測器或超導納米線探測器。熱傳感器成本低廉，由于其響應速度慢、靈敏度低，只能用于對精度和速度要求不高的場合；半導體探測器靈敏度高，但需要冷卻操作和精密處理；超導納米線探測器具有高靈敏度和快速響應的特點，但是在幾mK到K的極低溫度下工作，成本高昂。

與之相比，可見光波段的單光子探測器件(Si-APDs、PMTs)和CCD傳感器具有量子效率高、暗計數低以及響應快的特點。因此，有效地將中、近紅外光上轉換為可見光，并利用可見光高性能的探測器探測的上轉換技術是一種替代直接紅外成像技術的有效手段。

紅外上轉換成像是利用非線性光學和頻過程，將紅外照明的圖像上轉換為可見光光譜，同時保持其量子特性的不變，然后利用可見光譜范圍具有更好性能的圖像傳感器成像。與現有的紅外光譜范圍和THz區域的成像傳感器相比，上轉換成像技術可以獲得實時的、全非掃描的二維圖像。這種方法充分利用了可見光波段圖像傳感器在噪聲、速度、分辨率或非制冷操作方面更優的性能，克服了紅外圖像傳感器暗噪聲高、需制冷等缺點，可以實現紅外圖像高靈敏度、高分辨率成像。

二維圖像的視場、空間分辨率以及上轉換效率是評價紅外上轉換成像技術優劣的關鍵指標。

目前，增強上轉換成像視場的有效方法主要有寬帶光源、晶體熱梯度和晶體旋轉等。其中，寬帶光源是利用非共線相互作用中的上轉換角度的波長敏感性實現更多角度的準相位匹配，從而實現增大二維圖像的視場，然而與單色激光源相比，寬帶光源照明目標亮度降低，不利于中遠距離的系統使用。晶體熱梯度通過在PPLN晶體的兩端加入熱極和冷極形成的熱梯度使晶體中的折射率成梯度分布，從而引起相互作用波的波矢失配，這種機制可以在單波長源照明時有效增強上轉換圖像的視場，它的缺點是晶體中熱分布的不均勻性將導致上轉換效率的降低。

上轉換圖像的分辨率與非線性晶體中模式的大小成正比，上轉換效率與模式大小成反比，即晶體中泵浦光的光束尺寸決定了圖像上轉換系統的空間分辨率，而泵浦光的強度則決定了圖像上轉換的轉換效率。在實際應用中，二維圖像上轉換過程中高轉換效率和高空間分辨率不能同時兼顧。目前增強圖像上轉換的空間分辨率的唯一方式是用非相干光源，然而非相干源目標照明亮度降低，從而導致上轉換圖像的轉換效率降低。常用于提高圖像上轉換的效率的方法是通過腔內泵浦和外腔增強的方式提高泵浦光的功率，但是復雜的腔結構導致上轉換圖像的空間分辨率降低。

發明內容

有鑒于此，本申請實施例的目的在于提供一種干涉增強圖像上轉換裝置，利用高轉換效率的上轉換參考光和高空間分辨率的上轉換信號光的干涉得到增強的二維目標圖像，從而實現高空間分辨率和高轉換效率的干涉增強上轉換成像。

第一方面，本申請實施例的目的在于提供一種干涉增強圖像上轉換裝置，包括分束器，反射鏡，二維圖像上轉換器，參考光上轉換器，相位調制器，二向色鏡，光電探測器；

所述分束器，用于將激光器發出的光分為兩束，一束作為信號光照明標準分辨率目標，另一束作為參考光；