[发明专利]一种基于压缩态光场的探测成像光学系统

说明书

本发明公开一种基于压缩态光场的探测成像光学系统，涉及目标检测、成像、距离测量领域，包括激光器、光学发射系统、光学接收系统，所述光学接收系统包含相敏无噪放大模块和探测器，其中，发射光学系统将发射的激光束均匀照射到远处目标物体上；携带物体信息的信号光经光学接收系统接收，然后往信号光中注入压缩光；再进入相敏无噪放大模块；最后探测器接收经压缩光注入和相敏无噪放大的信号光以实现光学成像。采用本发明的技术方案，具有图像信噪比高、空间分辨率高、光谱分辨率高、可靠性高、性能稳定、功耗低特点。

技术领域

本发明属于目标检测技术领域，尤其涉及一种基于压缩态光场的用于目标检测、成像和距离测量的探测成像光学系统。

背景技术

光学或光电系统长期以来一直用于各种传感应用，包括但不限于目标检测、成像和距离测量。目标探测光学系统包括用于照亮目标区域的发射模块，以及用于检测代表目标区域中物体存在或不存在的返回信号的接收模块。

一些目标探测系统在发射模块或接收模块或者同时在发射模块和接收模块中使用相干光激光束。这些系统统称为激光雷达或激光探测和测距(LADAR)系统。例如，在最简单的激光雷达目标探测系统中，通过发射模块向目标区域发射激光束来检测目标的存在，并由接收模块确定是否有任何激光束被反射回来。然而，实际的系统中，这种判断并不容易做到。对于远离发射模块的目标，只有小部分光从目标区域反射回接收模块。此外,如果目标区域包含其他光源或热辐射(统称为“噪声源),它很难区分包含目标反射光的返回信号的分量和噪声的分量,因为返回光束的信噪比很低。

另一种光的状态，被称为量子光场压缩态。可以利用一些光的非线性相互作用由相干态或者真空态产生压缩光。例如，真空输入的光参量放大器可以产生真空压缩光。可以通过倍频来获得低压缩度的明亮压缩光。光纤中的非线性克尔效应也能产生振幅压缩光；当采用稳定的泵浦电流泵浦半导体激光器时也可以得到振幅压缩光；原子与光相互作用也可以产生压缩光。压缩态光场是一种重要的非经典态光场,其能够在不违反海森堡不确定性原理的基础上,使另一个正交分量的噪声低于散粒噪声极限。

在接收端利用量子光场压缩态来恢复信号的高频信息，并通过相敏无噪放大来提高探测器的探测效率。与使用相干光来探测这些物体相比，系统的分辨率和探测效率会实现显著的增强。因此，在远距离目标探测、成像和测量系统中，需要一种可实际实现的联合探测光学接收模块，以实现显著的量子探测效率的增强。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种图像信噪比高、空间分辨率高、光谱分辨率高、可靠性高、性能稳定、功耗低的基于压缩态光场的探测成像光学系统。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种基于压缩态光场的探测成像光学系统，包括激光器、光学发射系统、光学接收系统，所述光学接收系统包含相敏无噪放大模块和探测器；

其中，发射光学系统将发射的激光束均匀照射到远处目标物体上；携带物体信息的信号光经光学接收系统接收，然后往信号光中注入压缩光；再进入相敏无噪放大模块；最后探测器接收经压缩光注入和相敏无噪放大的信号光以实现光学成像。

作为优选，光学接收系统包括：压缩光设备，用于将波长1064nm的激光制备为压缩态光场，并将压缩光设备制备的压缩态光场注入到信号光中。

作为优选，所述压缩光设备为正交位相压缩光设备、强度差压缩光设备、振幅压缩光或空间压缩光设备其中一种。

作为优选，光学发射系统包括:光束分束器、第一控制器、光束变换光学系统和扫描系统，其中，光束分束器，用于将波长532nm全部的光分配进光学接收系统；波长1064nm的光将会被分为两束，其中一束被分配进光学接收系统，另外一束在第一控制器的控制下通过光束变换光学系统和扫描系统照射到远处目标物体上。