[发明专利]分布式面阵薄片成像系统

说明书

一种分布式面阵薄片成像系统，包括分布式面阵透镜阵列、微纳光子集成器件、线性探测器阵列和图像重构算法，其中，分布式面阵透镜阵列为辐射状线性排布方式，在每条线性阵列后端透镜焦平面空间耦合微纳光子集成器件，其中所述微纳光子集成器件将各透镜耦合光分为两束，将奇数间距透镜对耦合构成干涉基线，同时将偶数间距透镜对耦合构成干涉基线。本发明的分布式面阵薄片成像系统空间光路优化设计的方案，优化了透镜对的组合方式，提高了空间频率覆盖率，减少了信息丢失，改善了重构图像质量。

技术领域

本发明涉及高精度军事侦测、远距离环境监测和深空探测技术领域，尤其涉及一种分布式面阵薄片成像系统。

背景技术

近年来，高分辨率探测系统在遥感地形勘探、高精度军事侦测、远距离环境监测等方面发挥着越来越重要的作用，受瑞利分辨极限和衍射极限限制，想要获得高分辨率的图像需增加望远物镜的口径。传统纵向望远光学系统的长度随口径的增加线性增大，导致整个系统体积和重量增加，严重制约了系统的使用范围。目前已知最大单口径天基高精度望远系统哈勃空间望远镜(Hubble Space Telescope)，有效口径仅2.4m，整个系统长度13m，重量达到11吨。NASA最新的詹姆斯韦伯空间望远镜(James Webb Space telescope)采用子镜拼接的方式在有效口径提升至6.5m的前提下，系统重量仅为哈勃空间望远镜的一半，但系统需高精密机械调整使子镜焦点重合。由此可见，传统高分辨率成像系统均因空间结构和成像方式使得系统的体积、重量和功耗难以压缩。因此，轻量化、小型化的新型高分辨率成像技术一直是世界范围内研究的热点。

微纳光子器件是光子技术应用的载体，是未来提高信息传输和处理能力的核心，因其具有高速、大容量、低功耗、轻质化等优势，将在未来的智能化、信息化过程中发挥更加重要的作用，正受到世界各国的深入关注。近年来，随着微纳光子集成光路和孔径合成技术的发展，有学者根据Van Citter-zernike定理提出光学干涉薄片成像系统的概念，该技术采用微透镜阵列和微纳集成光子器件PIC(Photonics Integrated Circuit)取代大口径透镜和复杂空间光路，与传统成像技术相比，该技术在重量、尺寸和功耗等方面显著减小。经理论计算，在相同分辨率的情况下，可将系统的SWaP(Size Weight and Power)减小到传统的成像技术的10^-1-100^-1。另外，与标准光电系统繁复的集成、制造和调试相比，PIC可采用金属有机化合物化学气相沉淀(MOCVD)平台工艺制作，简化了系统制作流程，结构光路被刻蚀在平板波导上，无需繁复的光路调试，减少系统的制作时间和成本。

光学干涉薄片成像是利用Van-Citter Zernike定理，解析得出物空间光强与孔径面互强度为傅里叶变换对。同时由定理可知，完全非相干光(自然光)远距离传输后，完全非相干光会转换为部分相干光，经分布式面阵透镜和微纳光子集成器件增强其相干性即增大相干条纹对比度，最后通过傅里叶变换反演出物空间光强分布信息。

光学干涉薄片成像与微纳集成关键技术相比传统成像系统优势显著，但该技术仍处于研究初期，还存在较多问题亟需解决。目前，空间光路结构存在的问题是相同透镜数量条件下构成的基线对太少，导致空间频率覆盖范围较小，严重影响了图像重构质量。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种分布式面阵薄片成像系统，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，本发明提供了一种分布式面阵薄片成像系统，包括分布式面阵透镜阵列、微纳光子集成器件、线性探测器阵列和图像重构算法，其中，

分布式面阵透镜阵列为辐射状线性排布方式，在每条线性阵列后端透镜焦平面空间耦合微纳光子集成器件，其中所述微纳光子集成器件将各透镜耦合光分为两束，将奇数间距透镜对耦合构成干涉基线，同时将偶数间距透镜对耦合构成干涉基线。

其中，所述微纳光子集成器件包括分束结构、波导结构、阵列波导光栅结构和MMI结构。