一种基于光开关的分段式平面成像系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于光开关的分段式平面成像系统及方法，包括透镜阵列、光子集成电路和图像处理模块；所述透镜阵列包含M*N个透镜，N为列，M为每列透镜数；所述N为大于1的整数，所述M为大于等于4的整数；所述光子集成电路包含M*N根波导传输线和多个平衡四正交探测器；所述M*N个透镜一一对应地连接有M*N根波导传输线，即一个透镜连接一根波导传输线；波导传输线后设置有可以调控波导通断的光开关；所述波导传输线与平衡四正交探测器连接，所述平衡四正交探测器与图像处理模块连接。本发明专利技术采用光开关对基线配对进行调控，既简化了光子集成电路的内部空间设计，又能提高分段式平面成像系统对目标频率的采样覆盖率。像系统对目标频率的采样覆盖率。像系统对目标频率的采样覆盖率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光开关的分段式平面成像系统及方法


[0001]本专利技术涉及光电探测领域，具体涉及一种基于光开关的分段式平面成像系统及方法。

技术介绍

[0002]光学望远镜基本上是采用光学透镜或反射镜堆叠成的体积庞大、笨重的结构，例如哈勃望远镜，总长13.2米，直径达4.3米，总重量达12.5吨。在2012年，洛克希德
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马丁公司联合加州大学戴维斯分校提出一种分块式平面光电探测成像系统，在满足大视场、高分辨率成像的同时，降低了成像系统的尺寸、重量和功耗。此系统是光子集成、计算机数据处理、综合孔径等技术交叉应用的新型成像系统，通过采集空间频率信息，利用傅里叶逆变换得到恢复图像。
[0003]现有的分段式平面成像系统由于每个透镜至多只能组成一条基线，对目标的空间频率采样产生了极大的限制，为了保证对目标的成像质量，现有的分段式平面成像系统多采用低频密集型的采样方案。因此，现有的分段式平面成像系统高频信息丢失严重，对目标的成像质量产生了较严重的影响。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是，对于静态和缓慢变化目标的探测，现有分段式平面成像系统对目标频率采样覆盖率低，成像质量差的问题，目的在于提供一种基于光开关的分段式平面成像系统及方法，解决上述的问题。
[0005]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0006]一种基于光开关的分段式平面成像系统，包括透镜阵列、光子集成电路和图像处理模块；
[0007]所述透镜阵列包含M*N个透镜，N为列，M为每列的透镜数；所述N为大于1的整数，所述M为大于等于4的整数；
[0008]所述光子集成电路包含M*N根波导传输线和多个平衡四正交探测器；所述M*N个透镜一一对应地连接有M*N根波导传输线，即一个透镜连接一根波导传输线；波导传输线后设置有可以调控波导通断的光开关；所述波导传输线与平衡四正交探测器连接，所述平衡四正交探测器与图像处理模块连接。
[0009]进一步地，每一列透镜中的M个透镜之间紧凑排布，无间隙；M个透镜分为3部分，分别是基部透镜、低频部分透镜和高频部分透镜，所述基部透镜包含有1个透镜，所述低频部分透镜包含有n个透镜，所述高频部分透镜包含有2n个透镜。
[0010]进一步地，所述基部透镜通过1
×
2耦合器分光到第一波导和第二波导；所述低频部分透镜通过n
×
2的光开关分光到第三波导和第四波导；所述高频部分透镜通过2n
×
2的光开关分光到第五波导和第六波导；所述第一波导和第三波导分别和负责低频采样的平衡四正交探测器连接，所述第二波导和第五波导分别和负责高频采样的平衡四正交探测器连
接，所述第四波导和第六波导分别和负责中频采样的平衡四正交探测器连接，所述平衡四正交探测器与图像处理模块连接。
[0011]进一步地，对于单波段成像，每一列透镜对应的光子集成电路只有三个平衡四正交探测器，基部透镜通过第一波导与平衡四正交探测器连接，低频部分透镜通过第三波导与平衡四正交探测器连接；基部透镜通过第二波导与平衡四正交探测器连接，高频部分透镜通过第五波导与平衡四正交探测器连接；低频部分透镜通过第四波导与平衡四正交探测器连接，高频部分透镜通过第六波导与平衡四正交探测器连接。
[0012]进一步地，对于多波段成像，每一列透镜对应的光子集成电路有六个阵列波导光栅和3
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m个平衡四正交探测器，所述阵列波导光栅和平衡四正交探测器相互对应，m为阵列波导光栅分光数。
[0013]一种基于光开关的分段式平面成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0014]S1：每一列透镜后的两个光开关分别打开其中的一个波导通道，其他通道关闭；
[0015]S2：基部透镜接收的入射光分成两束，处于打开状态的波导通道对应的透镜接收入射光，通过光开关被分成两束；基部透镜的一束入射光和低频透镜部分的一束入射光、基部透镜的一束入射光和高频透镜部分的一束入射光、低频透镜部分的一束入射光和高频透镜部分的一束入射光通过波导分别传输进入三个平衡四正交探测器从而获得复相干光的强度信息；
[0016]S3：图像处理模块将平衡四正交探测器获得的复相干光的强度信息处理成振幅和相位信息并储存；
[0017]S4：重复步骤S1、S2、S3，将透镜能构成的所有基线都探测完毕；
[0018]S5：图像处理模块将储存的所有复相干光的振幅和相位信息进行组合，获得目标频谱图，最后通过傅里叶逆变换完成图像重构。
[0019]本专利技术的光子集成电路中的波导传输线后设置有可以调控波导通断的光开关；本专利技术通过光开关控制波导的通断，同时将每一列透镜分为3部分，基部1个透镜，低频部分n个透镜，高频部分2n个透镜。基部透镜通过1
×
2耦合器分光到第一波导和第二波导；低频部分透镜通过n
×
2的光开关分光到第三波导和第四波导；高频部分透镜通过2n
×
2的光开关分光到第五波导和第六波导；第一波导和第三波导分别和负责低频采样的平衡四正交探测器连接，第二波导和第五波导分别和负责高频采样的平衡四正交探测器连接，所述第四波导和第六波导分别和负责中频采样的平衡四正交探测器连接。本专利技术每一次探测，基部透镜与低频部分透镜组成一组基线，基部透镜与高频部分透镜组成一组基线，低频部分透镜与高频部分透镜组成一组基线，每一列透镜组成的基线由光开关调控，最终输出三组基线的入射光到平衡四正交探测器中，后续的图像处理模块将本次探测每一列透镜对应的平衡四正交探测器测量到的复相干光的振幅和相位信息存储。本专利技术经过多次探测后，图像处理模块将收集到的所有复相干光的振幅和相位信息插入目标空间频谱图的对应位置，经过逆傅里叶变换获得重构目标图像。
[0020]本专利技术所述的分段式平面成像系统需要多次探测才能成像，无法实时成像，适用于静态和缓慢变化目标的探测，具有比普通的分段式平面成像系统更好的成像质量。
[0021]本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
[0022]本专利技术适用于静态和缓慢变化目标的探测，解决了现有分段式平面成像系统对目
标频率采样覆盖率低，成像质量差的问题。本专利技术采用光开关对基线配对进行调控，既简化了光子集成电路的内部空间设计，又能提高分段式平面成像系统对目标频率的采样覆盖率。
附图说明
[0023]此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：
[0024]图1是本申请实施例提供的分段式平面成像系统结构示意图；
[0025]图2是现有的分段式平面成像系统结构示意图；
[0026]图3是本申请实施例仿真所用到的仿真原图；
[0027]图4是本申请实施例仿真重构的频谱图和重构图；
[0028]图5是现有的分段式平面成像系统低频密集型采样仿真重构的频谱图和重构图；
[0029]图6是现有的分段式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光开关的分段式平面成像系统，其特征在于，包括透镜阵列、光子集成电路和图像处理模块；所述透镜阵列包含M*N个透镜，N为列，M为每列的透镜数；所述N为大于1的整数，所述M为大于等于4的整数；所述光子集成电路包含M*N根波导传输线和多个平衡四正交探测器；所述M*N个透镜一一对应地连接有M*N根波导传输线，即一个透镜连接一根波导传输线；波导传输线后设置有可以调控波导通断的光开关；所述波导传输线与平衡四正交探测器连接，所述平衡四正交探测器与图像处理模块连接。2.根据权利要求1所述的一种基于光开关的分段式平面成像系统，其特征在于，每一列透镜中的M个透镜之间紧凑排布，无间隙；M个透镜分为3部分，分别是基部透镜、低频部分透镜和高频部分透镜，所述基部透镜包含有1个透镜，所述低频部分透镜包含有n个透镜，所述高频部分透镜包含有2n个透镜。3.根据权利要求2所述的一种基于光开关的分段式平面成像系统，其特征在于，所述基部透镜通过1
×
2耦合器分光到第一波导和第二波导；所述低频部分透镜通过n
×
2的光开关分光到第三波导和第四波导；所述高频部分透镜通过2n
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2的光开关分光到第五波导和第六波导；所述第一波导和第三波导分别和负责低频采样的平衡四正交探测器连接，所述第二波导和第五波导分别和负责高频采样的平衡四正交探测器连接，所述第四波导和第六波导分别和负责中频采样的平衡四正交探测器连接，所述平衡四正交探测器与图像处理模块连接。4.根据权利要求3所述的一种基于光开关的分段式平面成像系统，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵嘉学，贺瑛攀，方磊，李冠廷，郭任豪，黄剑雄，梁志清，郑兴，刘子骥，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：