[发明专利]利用关联成像探测水下目标的方法

说明书

技术领域

本发明涉及水下目标的探测，即用量子纠缠效应产生的双光子分别作为信号光和闲散光去探测水下目标的方法。

背景技术

目前进行水下目标探测的方法是利用遥感光谱成像技术：将光源辐射到水面，通过比较水面的反射信息和进入水中经目标物的反射光信息来获取水下目标图像信息。水面的反射光强度与水面状况有关，但除了发生镜面反射的情况外，一般仅占到入射光的3.5％左右；部分透射进水中的光被水中悬浮泥沙和有机生物散射，构成水中散射光，其中返回水面的部分称为后向散射光；部分透射进水中的光到达目标物(或水底)再反射，构成目标物(或水底)反射光，这部分光携带了目标物(或水底)的信息，与后向散射光共同组成离水反射光；遥感器接收到的光包括水面反射光、离水反射光和天空散射光。通过遥感探测可提取水色、水深和海底地貌、目标物水下深度和形状等各方面的信息。但遥感光谱成像技术的分辨率不是很高。

发明内容

本发明的目的是要提供一种利用关联成像探测水下目标的方法，这种方法可大大提高光谱成像的分辨率。

实现本发明目的技术方案是：

用一束高频率(频率为ω_t)激光去照射二阶非线性晶体，每湮没一个高频光子，就会同时产生两个低频光子，将它们并分别用作信号光和闲散光。信号光经成像透镜射向目标物，携带目标物信息的反射光被探测器D₁接收；闲散光自由传播一定距离后进入由光纤做成的扫描探测器D₂，用光纤在输入端平面动态扫描时对应的坐标函数来记录两个探测器联合探测图像，进而确定目标物的图像信息和目标物所处的深度等。

本发明探测水下目标的方法，包括如下步骤：

(1)将由非线性晶体产生的纠缠双光子经过分束器分开，形成两束光，并将两束光分别用作信号光和闲散光；

(2)让信号光通过一个成像凸透镜后射向水下目标物；

(3)设置光电探测器D₁，收集经目标物反射后携带了目标物的信息的反射信号光；

(4)设置扫描探测器D₂，收集自由传播一段距离后的闲散光，探测器D₁和D₂相匹配；

(5)用扫描探测器D₂的光纤输入端进行动态扫描时对应的坐标函数来记录探测器D₁和D₂的联合探测图像；

(6)定义像距为S_i，S_i为从入射光信号在成像透镜的入射面经分束器到非线性晶体，然后再从非线性行晶体沿着闲散光的路径到达图像(扫描光纤输入端平面处)的距离，定义物距为S_o，S_o为水下目标物到成像透镜的距离。调整像距S_i，当S_i，S_o和成像透镜焦距f满足薄透镜高斯方程

1So+1Si=1f]]>

时可以得到联合探测下的图像，此时，由S_i，f可以计算出物距S_o，进而获得目标物在水下的深度。

本方法经用透射成像的实验验证，结果表明是可行的，该实验方法是：将反射型目标物换成透射型镂空模板，而信号光透过镂空模板进入探测器D₁，其余装置保持不变。此时物距S_o为镂空模板到成像透镜的距离；像距S_i仍为从入射光信号在成像透镜的入射面经分束器到非线性晶体，然后再从非线性行晶体沿着闲散光的路径到达图像(扫描光纤输入端平面处)的距离。当设置物距S_o＝600mm，像距S_i＝1200mm，成像透镜焦距f＝400mm时，恰好得到了放大两倍的清晰模板图像。可以看出，S_o，S_i，f满足高斯公式。

本方法探测水下目标的深度可达80m左右。