[发明专利]基于波长调制的光子晶体光纤关联成像系统及其方法

说明书

本发明公开了基于波长调制的光子晶体光纤关联成像系统及其方法，将单模光子晶体光纤(SMPCF)与多模光子晶体光纤(MMPCF)进行熔接，且纤芯和包层都是由纯二氧化硅材料制成，具有很强的耐辐照特性，把MMPCF螺旋缠绕固定在耐辐照的刚性圆柱体上，形成耐辐照且弯曲不敏感的SMPCF‑MMPCF探头。利用高速扫频激光器将不同波长的相干光输入SMPCF‑MMPCF探头中，产生大量、低相关度和高空间分辨率的散斑图案，投射到目标物体上，通过耐辐照透镜、SMPCF‑MMPCF探头和单像素探测器搜集并记录反射光强信号，利用关联重构算法得到精细的2D目标物体图像。本发明的光子晶体光纤关联成像系统具有耐辐照、远距离实时成像、使用自由度大、制作工艺简单等优点，适用于强辐照环境下的实时成像监测。

技术领域

本发明涉及光纤成像技术领域，具体而言，涉及基于波长调制的光子晶体光纤关联成像系统及其方法。

背景技术

核能发电是利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电，它具有低碳环保、发电成本低和燃料储量丰富等特点，成为新能源发电的主流方向之一。在核能发电过程中会产生强烈的核辐照，为了保证核能发电的安全可控，需要对核能发电过程和换料过程进行实时成像监测。

工业摄像机中的图像传感器是由掺杂半导体材料制成的，辐照环境中的γ射线会使图像传感器产生伪的电信号甚至形成晶格缺陷，造成图像严重失真，无法正常工作。通过换用耐辐射器件和整体屏蔽措施，使工业摄像机具有耐辐照特性，耐辐照剂量率一般低于10³Gy且体积较大，适合在宽阔的中低辐照环境下进行成像监测。由于制作工艺复杂，使耐辐照相机的成本成倍增加，价格昂贵。尤其是对于核能发电这类高辐照环境下的成像监测任务还未能满足。

发明内容

本发明旨在提供基于波长调制的光子晶体光纤关联成像系统及其方法，以解决或改善上述技术问题中的至少之一。

有鉴于此，本发明的第一方面在于提供基于波长调制的光子晶体光纤关联成像系统。

本发明的第二方面在于提供基于波长调制的光子晶体光纤关联成像方法。

本发明的第一方面提供了基于波长调制的光子晶体光纤关联成像系统，包括：相互连接的成像部和SMPCF-MMPCF探头，所述SMPCF-MMPCF探头设置在辐照环境中，且对准目标物体；所述SMPCF-MMPCF探头包括：相互连接的单模光子晶体光纤和多模光子晶体光纤，所述多模光子晶体光纤螺旋缠绕在耐辐照刚性柱体上；其中，所述单模光子晶体光纤和所述多模光子晶体光纤的纤芯和包层均采用纯二氧化硅制成。

本发明提供的基于波长调制的光子晶体光纤关联成像系统，光子晶体光纤通过包层中沿轴向排列的微小空气孔对光进行约束，从而实现光的沿轴向低损耗传输。单模光子晶体光纤和多模光子晶体光纤的纤芯和包层都是由纯二氧化硅制成，具有很强的耐辐照特性；

将单模光子晶体光纤与多模光子晶体光纤进行熔接，把多模光子晶体光纤螺旋缠绕固定在耐辐照的刚性圆柱体上，形成SMPCF-MMPCF探头，其中单模光子晶体用于传输光信号，多模光子晶体光纤用于产生散斑图案，对多模光子晶体光纤螺旋缠绕固定是为了提高散斑图案的空间分辨率,同时避免其受到弯曲扰动，因此，SMPCF-MMPCF探头具有耐辐照、远距离传输、使用自由度大、制作工艺简单等优点；

进一步地，当缠绕半径等于多模光子晶体光纤弯曲半径时，具有最佳空间分辨率。

通过将SMPCF-MMPCF探头设置在辐照环境中，并对辐照环境中的目标物体进行投射光，并且单模光子晶体光纤本身具有柔性，使用灵活，可以在使用中只将SMPCF-MMPCF探头靠近辐照环境中的目标物体，无需将整个系统都置于辐照环境中，免去了更多的耐辐射器件和整体屏蔽措施，降低了系统耐辐照的加工成本，同时也能对高辐照环境中的物体进行图像显示；