[發明專利]一種基于壓縮態光場的探測成像光學系統

在審

• 申請號: 202110369920.0
• 申請日: 2021-04-07
• 公開（公告）號: CN113093166A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 畢思文;沈敏;沈希毅;王悅虹;朱海龍;杜京師;周志英;張守凱
• 申請（專利權）人: 畢思文
• 主分類號: G01S13/06
• 分類號: G01S13/06;G01S13/08;G01S13/89
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 張換君

本發明公開一種基于壓縮態光場的探測成像光學系統，涉及目標檢測、成像、距離測量領域，包括激光器、光學發射系統、光學接收系統，所述光學接收系統包含相敏無噪放大模塊和探測器，其中，發射光學系統將發射的激光束均勻照射到遠處目標物體上；攜帶物體信息的信號光經光學接收系統接收，然后往信號光中注入壓縮光；再進入相敏無噪放大模塊；最后探測器接收經壓縮光注入和相敏無噪放大的信號光以實現光學成像。采用本發明的技術方案，具有圖像信噪比高、空間分辨率高、光譜分辨率高、可靠性高、性能穩定、功耗低特點。

技術領域

本發明屬于目標檢測技術領域，尤其涉及一種基于壓縮態光場的用于目標檢測、成像和距離測量的探測成像光學系統。

背景技術

光學或光電系統長期以來一直用于各種傳感應用，包括但不限于目標檢測、成像和距離測量。目標探測光學系統包括用于照亮目標區域的發射模塊，以及用于檢測代表目標區域中物體存在或不存在的返回信號的接收模塊。

一些目標探測系統在發射模塊或接收模塊或者同時在發射模塊和接收模塊中使用相干光激光束。這些系統統稱為激光雷達或激光探測和測距(LADAR)系統。例如，在最簡單的激光雷達目標探測系統中，通過發射模塊向目標區域發射激光束來檢測目標的存在，并由接收模塊確定是否有任何激光束被反射回來。然而，實際的系統中，這種判斷并不容易做到。對于遠離發射模塊的目標，只有小部分光從目標區域反射回接收模塊。此外,如果目標區域包含其他光源或熱輻射(統稱為“噪聲源),它很難區分包含目標反射光的返回信號的分量和噪聲的分量,因為返回光束的信噪比很低。

另一種光的狀態，被稱為量子光場壓縮態?？梢岳靡恍┕獾姆蔷€性相互作用由相干態或者真空態產生壓縮光。例如，真空輸入的光參量放大器可以產生真空壓縮光?？梢酝ㄟ^倍頻來獲得低壓縮度的明亮壓縮光。光纖中的非線性克爾效應也能產生振幅壓縮光；當采用穩定的泵浦電流泵浦半導體激光器時也可以得到振幅壓縮光；原子與光相互作用也可以產生壓縮光。壓縮態光場是一種重要的非經典態光場,其能夠在不違反海森堡不確定性原理的基礎上,使另一個正交分量的噪聲低于散粒噪聲極限。

在接收端利用量子光場壓縮態來恢復信號的高頻信息，并通過相敏無噪放大來提高探測器的探測效率。與使用相干光來探測這些物體相比，系統的分辨率和探測效率會實現顯著的增強。因此，在遠距離目標探測、成像和測量系統中，需要一種可實際實現的聯合探測光學接收模塊，以實現顯著的量子探測效率的增強。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，提供一種圖像信噪比高、空間分辨率高、光譜分辨率高、可靠性高、性能穩定、功耗低的基于壓縮態光場的探測成像光學系統。

為實現上述目的，本發明采用如下的技術方案：

一種基于壓縮態光場的探測成像光學系統，包括激光器、光學發射系統、光學接收系統，所述光學接收系統包含相敏無噪放大模塊和探測器；

其中，發射光學系統將發射的激光束均勻照射到遠處目標物體上；攜帶物體信息的信號光經光學接收系統接收，然后往信號光中注入壓縮光；再進入相敏無噪放大模塊；最后探測器接收經壓縮光注入和相敏無噪放大的信號光以實現光學成像。

作為優選，光學接收系統包括：壓縮光設備，用于將波長1064nm的激光制備為壓縮態光場，并將壓縮光設備制備的壓縮態光場注入到信號光中。

作為優選，所述壓縮光設備為正交位相壓縮光設備、強度差壓縮光設備、振幅壓縮光或空間壓縮光設備其中一種。

作為優選，光學發射系統包括:光束分束器、第一控制器、光束變換光學系統和掃描系統，其中，光束分束器，用于將波長532nm全部的光分配進光學接收系統；波長1064nm的光將會被分為兩束，其中一束被分配進光學接收系統，另外一束在第一控制器的控制下通過光束變換光學系統和掃描系統照射到遠處目標物體上。