[發明專利]一種數字化分布式干涉成像系統

有效

• 申請號: 202110038335.2
• 申請日: 2021-01-12
• 公開（公告）號: CN112857410B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 韓春蕊;王宇;葉征宇;伍劍
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: G01D5/26
• 分類號: G01D5/26
• 代理公司: 北京辰權知識產權代理有限公司 11619
• 代理人: 劉廣達

本申請公開了一種數字化分布式干涉成像系統，包括：參考光單元、物光信息采集單元以及圖像重構單元；物光信息采集單元包括微鏡層、波導層和數字化層；參考光單元用于發射參考光；微鏡層用于離散式采集目標物體的物光；波導層包括多個干涉單元，參考光與物光在干涉單元中干涉；數字化層用于將干涉單元輸出的參考光與物光的干涉結果轉換為目標物體數字化的物光信息；圖像重構單元用于根據數字化的物光信息重構目標物體的圖像。相對于現有技術，本申請不受主流工藝對大尺寸芯片加工的限制，極大的拓展成像系統的等效口徑和分辨率；有利于降低物光傳輸損耗，縮短成像時間；同時可以將任意兩個局域物光進行配對，提高物光信號利用率。

技術領域

本申請屬于微納光電子器件與集成技術領域，尤其涉及一種數字化分布式干涉成像系統。

背景技術

傳統光學望遠鏡的基本設計原理仍基于光學折反射原理，通過透鏡堆疊將觀察對象放大。受傳統光學成像原理的限制，基于折反射的光學望遠鏡要想觀測效果更好，只能將主透鏡做的更大更笨重。干涉成像系統則由一系列微小的光電透鏡單元(簡稱：微鏡)以陣列組合在平面上，利用局域物光的相位信息進行干涉成像，例如光學干涉薄片成像系統。

干涉成像系統以范西特-澤尼克定理為基礎，對離散光場干涉信息進行反傅里葉變換，獲得重構的圖像。它利用光子集成芯片代替傳統的鏡片組，大幅降低了體積和重量，逐漸發展為一項先進的光電成像技術。該系統通過提高基線長度獲得豐富的高頻信息，進而提高圖像的分辨率。根據干涉成像系統的設計原理，獲得高質量圖像的關鍵在于獲取物像在頻域空間準連續、完整的信息：低頻部分描述物體輪廓，而高頻部分對應圖像細節。實踐中，光子集成電路板上的微鏡兩兩配對，每對的間距定義了干涉基線，其長度與空間頻率大小成正比，基線越長對應空間頻率越大，能夠覆蓋的頻域范圍越大，分辨率越高，圖像越清晰。

現有的干涉成像系統設計在增加干涉基線長度時，只能通過增加單個光子集成芯片的尺寸來實現：受限于光刻曝光工藝，當前主流的步進掃描式光刻機在保證百納米寬度光波導高精度制備的同時僅能夠實現平方厘米級別的單次曝光，大尺寸高精度干涉基線光波導的制備是一項巨大的技術挑戰。盡管電子束直寫曝光拼接或者芯片橋接可能有希望完成大尺寸制備，但引入的拼接誤差及其較長的傳播距離極大的增加了物光在波導中的傳輸損耗，降低了信噪比，增加了探測難度，不利于高質量成像芯片的實現。在遠距離探測應用中，最長干涉基線可能需要長達幾十厘米到米量級，如何在現有工藝能力范圍內獲得大尺寸高質量低損耗芯片，滿足長基線干涉的需求且能保證高效率低成本加工，是高分辨干涉成像系統可持續發展的關鍵。

發明內容

有鑒于此，本申請實施例提供了一種數字化分布式干涉成像系統，適合當前主流工藝能力，滿足高分辨成像對長干涉基線的需求，且能夠顯著降低干涉成像系統的物光傳輸損耗，提高信噪比和成像質量。

本申請實施例提供一種數字化分布式干涉成像系統，包括：

參考光單元、物光信息采集單元以及圖像重構單元；所述物光信息采集單元包括微鏡層、波導層和數字化層；

所述參考光單元，用于發射相干參考光；

所述微鏡層，包括多個微鏡，多個微鏡構成多個微鏡陣列，多個微鏡陣列呈分布式排布，用于離散式采集目標物體的物光；

所述波導層，包括多個干涉單元，多個干涉單元構成多個干涉單元陣列，多個干涉單元陣列呈分布式排布，并與多個微鏡一一對應設置，多個干涉單元均與所述參考光單元通過波導連接，參考光與物光在干涉單元中干涉；

所述數字化層，用于將干涉單元輸出的參考光與物光的干涉結果轉換為模擬電信號，并將模擬電信號放大與過濾，經模數轉換，最終生成所述干涉結果對應的數字化信息，利用所述參考光的已知信息從所述數字化信息中解調出目標物體數字化的物光信息；