CN115567663B 基于非线性空间调制的超灵敏中红外单像素成像方法及装置 （华东师范大学）

基于非线性空间调制的超灵敏中红外单像本发明公开了一种基于非线性空间调制的借助于非线性频率上技术将泵浦光经空间光调实现对携带待成像物体信息的中红外信号光进有中红外波段的高保真空间调制以及高信噪比22.根据权利要求1所述的基于非线性空间调制的超灵敏中红外单像素成像方法，其特3.一种权利要求1所述基于非线性空间调制的超灵敏中红外单像素成像方法构建的成3应的等效噪声功率为1010光子/秒，远无法实现单光子水[0005]本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种基于非线性空间调制的超灵方法的中红外非线性空间调制，规避了传统空间光调制器难以工作在中红外波段的限制。4[0007]所述非线性频率上转换是将泵浦光经过空间光调制器上设定好的编码矩阵调制[0008]本发明基于非线性频率上转换过程所实现的单像素成像在非线性频率上转换部)等于携带了待成像物体信息的信号光光场Is用算法重构出单光子级别的超灵敏中红外对目标物5[0020]所述超灵敏中红外单像素成像通过对频率转换系统中的泵浦光进行精密的空间以及材料缺陷的技术难题，并且通过一个单点硅基探测器即可实现中红外二维成像探测，的中红外图像重构，也可以采用超灵敏的硅基光子计数模块(SPCM,Singlephoton实现空间光精密调控的空间光调制器既可以是强度调制器如DMD(DigitalMicromirrorDevice)，也可以是相位调制器如LCOSSLM(Liquid_crystal_on_siliconSpatialLight器的响应速率非常快，它可以迅速刷新对光的调制信息，刷新频率一般可以达到10k_20k[0021]本发明超灵敏中红外单像素成像系统借助于非线性频率上转换技术实现中红外率上转换系统中采用2f成像系统，其分辨率主要取决于频率上转换得到光束的出射角度。6微镜阵列制作工艺可达微米量级。具有高分辨率及微小反射镜单元结构的空间光调制器，灵敏中红外单像素成像系统的分辨率主要依赖于由满足非线性频率转换的相位匹配条件的上转换出射光角度以及空间光调制器的阵器件的性能不足；用于准相位匹配的非线性介质还可以选择适用于中远红外波段(3_12μm)，基于定向图案技术生长的非线性半导体晶体如磷化镓(OP_GaP)或砷化镓(OP_GaAs)等[0027]4)采用单像素成像系统与采用阵列探测器的传统成像系统相比结构更加紧凑简7ppupup[0037]参阅图3，本发明的超灵敏中红外单像素成像系统包括：作为泵浦光的近红外光[0039]作为非线性频率转换泵浦光源的近红外光照射至经过矩阵编码的空间光调制器8硅基光子计数模块以及“十字”图案的掩膜版作为待成像物体和周期极化铌酸锂晶体[0045]所述f＝35mm聚焦透镜101、f＝150mm聚焦透镜102是1030nm中红外高透的聚焦透[0047]所述f＝250mm聚焦透镜104、f＝50mm聚焦透镜106是1030nm中红外高透的聚焦透[0049]所述1030nm高反的二向色镜(中红外高透)107能够使得中红外光源通过，而[0057]所述超灵敏硅基空间光探测器115为超灵敏硅基光子计数模块，能够对可见波段[0058]所述FPGA电路系统116为基于FPGA的高速智能采集与控制系统，通过触发DMD与[0061]1)将经过初步高功率低噪声放大的波长为1030nm的脉冲激光100通过聚焦透镜101与聚焦透镜102组成的扩束系统进行光斑扩大，并照射到此时由FPGA电路系统116与电脑117控制的具有Hadamard矩阵编码图的数字微镜阵列DMD103，反射光在携带编码调制信9编码信息成像在非线性频率上转换晶体111上，其中平面反射银镜105与中红外高透、1030nm高反的二向色镜107用于调整光路方向，使得后续与中红外对目标物体的成像在晶[0062]2)中心波长为3070nm的中红外光源108在经过“十字”镂空图案即待测目标物体/d1[0063]3)通过温控炉112准确控制晶体的温度，调节信号光108与泵浦光100的光斑重合[0064