[发明专利]一种棋盘式成像仪及实现方法

说明书

本发明涉及光电成像领域，特别是一种棋盘式成像仪，由矩形排列的孔径对阵列、2D光波导光栅阵列、3D光波导光束传输阵列、2D光波导正交调制耦合器阵列和光电转换数据采集与图像处理模块构成。物光经孔径对阵列分孔径汇聚，然后由2D光波导光栅阵列收集后分光成窄谱段光束，输出给3D光波导光束传输阵列完成交叉配对，再经2D光波导正交调制耦合器阵列调制耦合，最后到达光电转换数据采集与图像处理模块，获得物方图像。本发明还包含棋盘式成像仪的实现方法。本发明提高了棋盘式成像仪的光学效率，拓展了等效口经，提升了棋盘式成像仪工作能力。本发明采用各模块先独立制造再集成的实现方法，提升了模块和成像仪的成品率。

技术领域

本发明涉及光电成像领域，特别是一种棋盘式成像仪及实现方法。

背景技术

针对传统望远镜尺寸大，质量重，组装运输困难的局限性，2012年洛克希德.马丁公司提出了一种基于光学干涉的分块式平面光电探测成像技术(SPIDER，SegmentedPlanar Imaging Detector for Electro-optical Reconnaissance)，该技术基于干涉成像原理，不同于传统望远镜中大而笨重的透镜，它使用数千个透镜阵列收集光，利用光子集成技术将透镜阵列和波导阵列集成在基底上，即将数千个干涉望远镜阵列微缩在一个芯片上。该技术将光学、处理系统和读出电路集中在一个芯片上，其尺寸、质量和功耗可比传统望远镜小十倍甚至百倍。SPIDER成像系统采用齿轮形的排布结构，存在空间频域采样不全，像质较差的问题。2017年上海技术物理研究所提出“一种紧凑型矩形孔径排布结构及目标空间频率的采样方法”(201711000143.2)，解决SPIDER空间频率采样不全问题，并随后发表科技论文(System design for a“checkerboard”imager，Applied Optics,Vol.57,No.35)采用3D光波导进行孔径对配对光束传输，但是，没有阐述光谱分光方案，没有解决光束交叉损耗问题，更没有给出3D光波导研制可实施技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种棋盘式成像仪及实现方法，主要解决上述现有技术存在的问题，它解决了光谱分光方案、光束交叉损耗的问题，并提供3D光波导及棋盘式成像仪的可实施的实现方法，在科学探索、国家防御、空间探测等领域发挥重要作用。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是提供一种棋盘式成像仪，其特征在于，由矩形排列的孔径对阵列、2D光波导光栅阵列、3D光波导光束传输阵列、2D光波导正交调制耦合器阵列和光电转换数据采集与图像处理模块构成；所述孔径对阵列位于最前方，分孔径汇聚物光，然后被后方的所述2D光波导光栅阵列收集并分光成窄谱段光束后，输出给所述3D光波导光束传输阵列完成所述窄谱段光束的交叉配对传输，再经所述2D光波导正交调制耦合器阵列分别对多路不同频率的窄谱段光束进行调制耦合，到达所述光电转换数据采集与图像处理模块，从而经数据处理与图像反演重建算法最终获得物方图像。

进一步地，所述矩形排列的孔径对阵列满足一种紧凑型矩形孔径排布结构及目标空间频率的采样方法所述的一个、两个、三个或者四个象限孔径对阵；所述3D光波导光束传输阵列对应所述一个、两个、三个或者四个象限孔径对阵列，并依据一种紧凑型矩形孔径排布结构及目标空间频率的采样方法完成所述窄谱段光束的交叉配对传输；所述3D光波导光束传输阵列的每个象限均由内外尺度不一的回字形传输光波导芯片嵌套构成。

进一步地，所述回字形传输光波导芯片由光纤束塑筑而成，或由4片有限厚度的3D传输波导芯片和4个90度转折镜组成。

进一步地，所述2D光波导光栅阵列由多个2D光波导光栅芯片组成；每个所述2D光波导光栅芯片由一层或多层功能一致的2D光波导光栅组成。