[发明专利]一种数字化分布式干涉成像系统

说明书

本申请公开了一种数字化分布式干涉成像系统，包括：参考光单元、物光信息采集单元以及图像重构单元；物光信息采集单元包括微镜层、波导层和数字化层；参考光单元用于发射参考光；微镜层用于离散式采集目标物体的物光；波导层包括多个干涉单元，参考光与物光在干涉单元中干涉；数字化层用于将干涉单元输出的参考光与物光的干涉结果转换为目标物体数字化的物光信息；图像重构单元用于根据数字化的物光信息重构目标物体的图像。相对于现有技术，本申请不受主流工艺对大尺寸芯片加工的限制，极大的拓展成像系统的等效口径和分辨率；有利于降低物光传输损耗，缩短成像时间；同时可以将任意两个局域物光进行配对，提高物光信号利用率。

技术领域

本申请属于微纳光电子器件与集成技术领域，尤其涉及一种数字化分布式干涉成像系统。

背景技术

传统光学望远镜的基本设计原理仍基于光学折反射原理，通过透镜堆叠将观察对象放大。受传统光学成像原理的限制，基于折反射的光学望远镜要想观测效果更好，只能将主透镜做的更大更笨重。干涉成像系统则由一系列微小的光电透镜单元(简称：微镜)以阵列组合在平面上，利用局域物光的相位信息进行干涉成像，例如光学干涉薄片成像系统。

干涉成像系统以范西特-泽尼克定理为基础，对离散光场干涉信息进行反傅里叶变换，获得重构的图像。它利用光子集成芯片代替传统的镜片组，大幅降低了体积和重量，逐渐发展为一项先进的光电成像技术。该系统通过提高基线长度获得丰富的高频信息，进而提高图像的分辨率。根据干涉成像系统的设计原理，获得高质量图像的关键在于获取物像在频域空间准连续、完整的信息：低频部分描述物体轮廓，而高频部分对应图像细节。实践中，光子集成电路板上的微镜两两配对，每对的间距定义了干涉基线，其长度与空间频率大小成正比，基线越长对应空间频率越大，能够覆盖的频域范围越大，分辨率越高，图像越清晰。

现有的干涉成像系统设计在增加干涉基线长度时，只能通过增加单个光子集成芯片的尺寸来实现：受限于光刻曝光工艺，当前主流的步进扫描式光刻机在保证百纳米宽度光波导高精度制备的同时仅能够实现平方厘米级别的单次曝光，大尺寸高精度干涉基线光波导的制备是一项巨大的技术挑战。尽管电子束直写曝光拼接或者芯片桥接可能有希望完成大尺寸制备，但引入的拼接误差及其较长的传播距离极大的增加了物光在波导中的传输损耗，降低了信噪比，增加了探测难度，不利于高质量成像芯片的实现。在远距离探测应用中，最长干涉基线可能需要长达几十厘米到米量级，如何在现有工艺能力范围内获得大尺寸高质量低损耗芯片，满足长基线干涉的需求且能保证高效率低成本加工，是高分辨干涉成像系统可持续发展的关键。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种数字化分布式干涉成像系统，适合当前主流工艺能力，满足高分辨成像对长干涉基线的需求，且能够显著降低干涉成像系统的物光传输损耗，提高信噪比和成像质量。

本申请实施例提供一种数字化分布式干涉成像系统，包括：

参考光单元、物光信息采集单元以及图像重构单元；所述物光信息采集单元包括微镜层、波导层和数字化层；

所述参考光单元，用于发射相干参考光；

所述微镜层，包括多个微镜，多个微镜构成多个微镜阵列，多个微镜阵列呈分布式排布，用于离散式采集目标物体的物光；

所述波导层，包括多个干涉单元，多个干涉单元构成多个干涉单元阵列，多个干涉单元阵列呈分布式排布，并与多个微镜一一对应设置，多个干涉单元均与所述参考光单元通过波导连接，参考光与物光在干涉单元中干涉；

所述数字化层，用于将干涉单元输出的参考光与物光的干涉结果转换为模拟电信号，并将模拟电信号放大与过滤，经模数转换，最终生成所述干涉结果对应的数字化信息，利用所述参考光的已知信息从所述数字化信息中解调出目标物体数字化的物光信息；