[发明专利]一种基于单光子计数二维成像的装置及方法

权利要求书

1.一种基于单光子计数二维成像的装置，其特征在于，包括真空气室（1）、非球面镜（4）、激光器（3）、位移平台（7）、准直装置、高速扫描振镜（10）、耦合器（11）、单光子计数器（12）、数据采集卡和计算单元；

所述真空气室（1）的一侧面镀有减反射膜，所述真空气室（1）用于放置待测纳米光纤（2），所述激光器（3）发出的激光经单模光纤传入待测纳米光纤（2）；所述非球面镜（4）设置在真空气室（1）内，用于收集待测纳米光纤（2）散射出来的光信号；所述位移平台（7）上设置有第一45度反射镜（5）和第二45度反射镜（6），所述非球面镜（4）收集的散射光信号经第一45度反射镜（5）和第二45度反射镜（6）反射，以及所述准直装置准直后入射到高速扫描振镜（10），所述高速扫描振镜（10）反射的散射光信号经所述耦合器（11）入射至所述单光子计数器（12），所述数据采集卡用于采集单光子计数器（12）进行光电转化后得到的电信号并发送至所述计算单元；

所述高速扫描振镜（10）的镜片由伺服电机驱动沿X轴方向和Y轴方向旋转，以实现对纳米光纤（2）的二维扫描；所述位移平台（7）用于驱动所述第一45度反射镜（5）和第二45度反射镜（6）沿Z轴方向移动，以使所述高速扫描振镜（10）对待测纳米光纤（2）的不同层面进行二维扫描；

所述X轴方向为垂直于装置所在平面的直线的方向，所述Y轴方向为待测纳米光纤所在直线的方向，所述Z轴方向为所述非球面镜（4）收集的散射光信号传播的方向。

2.根据权利要求1所述的一种基于单光子计数二维成像的装置，其特征在于，所述准直装置包括第一准直透镜（8）和第二准直透镜（9），所述非球面镜（4）收集的散射光信号依次经第一45度反射镜（5）和第二45度反射镜（6）反射，以及所述第一准直透镜（8）和第二准直透镜（9）后入射到高速扫描振镜（10）。

3.根据权利要求1所述的一种基于单光子计数二维成像的装置，其特征在于，所述激光器（3）采用FPV852s型单模激光器；非球面透镜（4）采用AL1512-B型非球面透镜；第一45度反射镜（5）和第二45度反射镜（6）采用750-1100nm的BBSQ2-E03型平面反射镜；位移平台（7）采用PT3-Z8型三轴位移台；高速扫描振镜（10）采用GVS012型双轴振镜系统；光纤耦合器（11）采用832-867nm的TC12FC-850型三合透镜组；单光子计数器（12）采用EXCELITAS公司生产的SPCM-AQRH-1X型单光子计数器，第一准直透镜（8）和第二准直透镜（9）采用型号为LB1391-B和LB1945-B型双凸透镜。

4.根据权利要求1所述一种基于单光子计数二维成像装置的成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将待测纳米光纤（2）放入所述真空气室（1）中；

S2、通过伺服电机驱动所述高速扫描振镜（10），实现对待测纳米光纤（2）的二维扫描；

S3、通过单光子计数器接收高速扫描振镜（10）扫描得到的单光子信号，并通过数据采集卡采集数据后发送至计算机，利用计算机计算得到纳米光纤二维扫描图像。

5.根据权利要求4所述一种基于单光子计数二维成像装置的成像方法，其特征在于，所述步骤S2中，实现对待测纳米光纤（2）的二维扫描的具体方法为：

固定位移平台（7）的位置，通过伺服电机驱动所述高速扫描振镜（10），使其在某一Y值处沿X方向单程扫描获得m个数据，然后改变Y值，同样使所述高速扫描振镜（10）沿X方向单程扫描获得m个数据，如此往复获得m*n个数据；

所述步骤S3中，计算机计算得到纳米光纤二维扫描图像的方法为：

将所述m*n个数据排成n行m列的数组，每一行表示在某一Y值处沿X方向扫描的数据，利用绘图函数绘制这个数组图像，图像颜色由每一个数据点决定，并设置颜色区分，以得到光纤二维扫描图像；同时，通过记录单程扫描速度和时间得到扫描的距离，进而计算得到图像在X方向上的轮廓宽度。

6.根据权利要求5所述的一种基于单光子计数二维成像装置的成像方法，其特征在于，还包括以下步骤：

S4、调节所述位移平台（7），使所述第一45度反射镜（5）和第二45度反射镜（6）沿所述非球面镜（4）收集的散射光信号传播的方向移动；然后重复步骤S2和步骤S3，得到不同Z层面下的纳米光纤二维扫描图像；

S5、将具有最大轮廓宽度的二维扫描图作为光纤二维成像图。