[发明专利]Gm-APD光子偏振探测系统

说明书

本发明公开了一种Gm‑APD光子偏振探测系统，通过检测分光后、偏振片前的光子数，再结合路光子计数可求得每一路光子在各路偏振片出的透光率，进而解算出回波信号光子的偏振态信息，实现了对远距离、微弱信号的探测。

技术领域

本发明涉及雷达探测技术领域，更具体的说是涉及一种Gm-APD光子偏振探测系统。

背景技术

雷达探测广泛应用于军工探测、气象探测和科学研究等领域。随着应用需求的提高，要求能准确探测并识别更远、更小目标，探测此类目标时回波信号往往仅仅有几个光子。传统雷达由于功率与探测灵敏度有限，不能响应如此微弱的信号，更无法提取回波信号的光子性质。

因此，如何实现对远距离、微弱信号的探测是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种Gm-APD光子偏振探测系统，以此测量光子的斯托克斯参量，进而解算出回波信号光子的偏振态，实现对远距离、微弱信号的探测。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种Gm-APD光子偏振探测系统，包括：光子发射系统和探测系统；

所述光子发射系统包括：依次设置的脉冲激光器、衰减器、线偏振和第一1/4波片；

所述探测系统包括：通过三个NPBS分成的四路光路和光子计数模块；其中，第一光路包括：依次设置的第一NPBS、第二NPBS、第一线偏振片、第一透镜组、第一Gm-APD；第二光路包括：依次设置的第一NPBS、第三NPBS、第二线偏振片、第二透镜组和第二Gm-APD；第三光路包括：依次设置的第二NPBS、第二1/4波片、第三线偏振片、第三透镜组和第三Gm-APD；第四光路包括：第三NPBS、第四透镜组和第四Gm-APD；

且所述第一Gm-APD、所述第二Gm-APD、所述第三Gm-APD和所述第四Gm-APD均与所述光子计数模块相连；

所述光子计数模块与所述数据处理器相连。

优选的，所述第一NPBS、所述第二NPBS和所述第三NPBS均为50:50的NPBS。

优选的，所述第一线偏振片的透振方向为90°。

优选的，所述第二线偏振片的透振方向为45°。

优选的，所述第三线偏振片的透振方向为45°。

优选的，所述第一NPBS、所述第二NPBS和所述第三NPBS的ε₀端均采用压缩真空态。

优选的，所述第四光路用于检测分光之后、偏振片之前的光子数，再根据其他三路的光子计数求得每一路光子在各路偏振片出的透过率，进而解算出回波信号光子的偏振态。

优选的，所述偏振态的解算方法为：

其中，P_s(k)是探测响应到k个光电子的概率；N_s是回波信号强度，也就回波脉冲内平均光电子数；Gm-APD探测器不响应概率为p(k＝0)＝exp(-N_s)，它产生响应的概率为

P_s(k≥1)＝1-exp(-N_s) (2)

系统采用四路Gm-APD测量斯托克斯参量，利用Gm-APD光子计数进行极微弱光的强度测量时，假设经过了M次测量统计，第i路与发射脉冲序列相关的雪崩脉冲数为K_i，则探测概率P_i可以计算得到

则第i路回波光电子数为