[发明专利]基于超透镜阵列的平面光电探测系统

说明书

本发明属于光学成像技术领域，提供了一种基于超透镜阵列的平面光电探测系统，该系统包括沿光路依次设置的由多个平面超透镜组成的辐射状平面超透镜阵列、光子集成回路和信息处理模块；所述平面超透镜阵列用于将入射光分成多个窄波段光束并聚焦；所述光子集成回路用于接收经过平面超透镜阵列的入射光，并对入射光进行相位调整，满足干涉条件；所述信息处理模块，用于基于光子集成回路产生的干涉图像对图像复原，获得高分辨率图像。本系统无需再利用大量的光栅分束器进行分光，光子集成回路的规模减小，整体结构紧凑，集成度高；同时降低了损耗、能量利用率高；进一步，能够极大的降低遥感载荷的尺寸、重量。

技术领域

本发明属于光学成像技术领域，尤其涉及一种基于超透镜阵列的平面光电探测系统。

背景技术

在天文观测、空间遥感等诸多应用领域，为探测到更暗、更小、更远的目标，对空间望远镜探测能力的要求也越来越高。传统望远镜空间分辨能力的持续提升遇到了技术和工程上的瓶颈，难以持续通过增大传统直接成像望远镜口径来提高其空间分辨能力。为解决上述技术问题，本领域技术人员研发了一种基于干涉原理的新型光电探测成像技术，即分块式平面光电探测成像技术(Segmented Planar Imaging Detector for Electro-optical Reconnaissance,SPIDER)，目前，SPIDER采用放射状系统设计形式，以微透镜阵列取代传统大口径光学镜片获取光学信息，避免了大尺寸光学透镜或反射镜的制备与加工，在获得相同分辨率图像的情况下可比传统望远镜缩小10～100倍的尺寸、重量和功耗，该技术有望极大降低遥感载荷的尺寸、质量、功耗和研制周期。

SPIDER中的关键是光子集成回路(PIC)，现有技术中的PIC集成了光波导阵列(Arrayed Waveguide Grating,AWG)、光栅分束器和相位调制器和多模干涉(Multi-ModeInterference,MMI)耦合器等多个部组件，该设计集成方式中，由于集成了大量的波导和光栅分束器，导致结构不紧凑，损耗较高，能量利用率低。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种基于超透镜阵列的平面光电探测系统，以解决现有平面光电探测系统中，由于集成了大量的波导和光栅分束器，导致的结构不紧凑，损耗较高，能量利用率低的技术问题。

本发明实施例提供了一种基于超透镜阵列的平面光电探测系统，包括沿光路依次设置的由多个平面超透镜组成的辐射状平面超透镜阵列、光子集成回路和信息处理模块；所述平面超透镜阵列用于将入射光分成多个窄波段光束并聚焦；所述光子集成回路用于接收经过平面超透镜阵列的入射光，并对入射光进行相位调整，满足干涉条件；所述信息处理模块，用于基于光子集成回路产生的干涉图像对图像复原，获得高分辨率图像。

优选地，所述平面超透镜包括基底、超透镜及离轴菲涅尔透镜；所述超透镜与离轴菲涅尔透镜一体成型，并设置于基底上。

优选地，所述光子集成回路包括沿光路依次设置的波导及相位延迟器；所述波导用于将平面超透镜阵列聚焦后的入射光引导至相位延迟器内；所述相位延迟器用于对波导传输的入射光进行相位调整，使之满足干涉条件。

优选地，所述信息处理模块包括数字信号处理器和图像计算重建模块；所述数字信号处理器用于从相位延迟器产生的相干光中提取信息；所述图像计算重建模块用于结合数字信号处理器所提取的信息对图像进行重建，获得高分辨率图像

优选地，所述基底的材质为半导体。

优选地，所述超透镜的透过率函数为：

式中，m为衍射级次，α为光波周期，λ为入射光的波长，f₀为离轴菲涅尔透镜的主焦距，r为径向坐标，x和y分别为入射光的x轴坐标值及y轴坐标值。

所述离轴菲涅尔透镜的透过率函数为：