CN110226106A - 用于成像和通信的上转换系统 - Google Patents

Abstract

一种上转换系统，包括：辉光放电装置(GDD)，其经配置以检测信号源辐射，其中信号源辐射是毫米波(MMW)辐射和太赫兹(THz)辐射中的至少一种；以及光电检测器，其经配置以测量所述GDD由于吸收信号源辐射而发射的可见光的强度变化。该系统可选地包括可操作地耦合到光电检测器的处理器。处理器经配置以分析由光电检测器捕获的图像，并基于该图像计算信号源辐射的至少一个参数。

Description

用于成像和通信的上转换系统

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年7月17日提交的美国临时专利申请No.62/363,269的优先权，该专利申请的全部内容以引用方式并入本文。

技术领域

本发明涉及将毫米波和太赫兹波上转换成可见光的领域。

背景技术

近年来，对毫米波(MMW)和太赫兹(THz)辐射的使用有所增加，特别是在光谱学和成像领域。越来越多的医学、通信、国土安全、材料科学和空间技术的应用基于毫米波和太赫兹辐射带。

各种不同类型的检测器用于不同的行业。辐射热检测器和其他热检测器可能相当灵敏，但速度慢，因此抑制了对被扫描物体的实时视频速率成像。半导体检测器非常灵敏且速度非常快，但也非常昂贵。辉光放电微型霓虹指示灯价格低廉，但不如半导体检测器灵敏。然而，辉光放电微型霓虹指示灯可能有噪声，但GDD的内部电子放大弥补了这一点。这些检测器中的检测方法通常包括测量由入射毫米波或太赫兹波的电场产生的电流中的变化。

在通信领域，随着预期互联网协议流量很快达到每月100艾字节以上，数据流量呈指数级地增长。在线服务的可用性的增长鼓励移动用户使用它们，因此，数据流量增长最快的是通过无线信道。这些无线信道包括每个基站之间、基站和终端用户设备之间、每个终端用户设备之间等的大量连接链路。实现自动驾驶车辆之间的通信需要MMW通信和巨大的数据速率。对于这些链路，需要更高的无线传输速率。为了实现网络容量的如此的增加和巨大的无线数据速率，载波频率逐渐增加到电磁频谱(30-300GHz)的MMW部分。历史上，对于无线通信来说，过去使用的载波频率已经增加以满足带宽要求，一直到在MMW频率处的更宽的光谱带的最近发展，诸如60GHz和约70GHz至95GHz以及更高的频率。

相关技术的前述示例和与其相关的限制旨在是说明性的而非排他性的。通过阅读说明书和研究附图，相关技术的其他限制对于本领域技术人员来说将变得明显。

发明内容

结合系统、工具和方法描述和说明以下实施例及其方面，这些系统、工具和方法旨在是示例性和说明性的，而不是范围的限制。

根据实施例，提供一种上转换系统，该系统包括：辉光放电装置(GDD)，其经配置以检测信号源辐射，其中信号源辐射是毫米波(MMW)辐射和太赫兹(THz)辐射中的至少一种；以及光电检测器，其经配置以测量可见光的强度变化，其中所述GDD由于吸收信号源辐射而发射所述可见光。

在某些实施例中，上转换系统还包括辐射源，该辐射源经配置以朝向物体发射信号源辐射，以被物体朝向GDD反射。

在某些实施例中，上转换系统还包括分束器，该分束器经配置以将信号源辐射分成信号光束和参照光束，其中信号光束和参照光束被GDD吸收以产生可见光。

在某些实施例中，辐射源经配置以随时间推移调制信号源辐射的频率，使得频率的差异指示由光电检测器测量的GDD的图像的每个像素的距离，从而能够构建物体的三维图像。

在某些实施例中，辐射源经配置以调制信号源辐射的幅度调制，以区分由信号源辐射产生的可见光和由供应至GDD的偏置电流产生的可见光。

在某些实施例中，上转换系统还包括可操作地耦合到光电检测器的处理器，该处理器经配置以分析由光电检测器捕获的图像，并基于图像计算信号源辐射的至少一个参数。

在某些实施例中，上转换系统经配置以作为无线通信接收器操作。

根据实施例，提供一种方法，该方法包括：将光电检测器导向辉光放电装置(GDD)；以及操作光电检测器以捕获由于GDD吸收毫米波(MMW)辐射和太赫兹(THz)辐射中的至少一种而从GDD发射的可见光。

在某些实施例中，该方法还包括从辐射源朝向物体发射信号源辐射，以被物体朝向GDD反射。

在某些实施例中，该方法还包括：随时间推移调制信号源辐射的频率，使得频率的差异指示由光电检测器测量的GDD的图像的每个像素的距离；以及基于指示的距离，构建物体的三维图像。

在某些实施例中，该方法还包括调制信号源辐射的幅度，以区分由信号源辐射产生的可见光和由供应至GDD的偏置电流产生的可见光。

在某些实施例中，该方法还包括使用分束器将信号源辐射分成信号光束和参照光束，其中信号光束和参照光束被GDD吸收以产生可见光。

在某些实施例中，该方法还包括：提供可操作地耦合到光电检测器的处理器；和

操作处理器以分析由光电检测器捕获的图像，并基于图像计算信号源辐射的至少一个参数。

在某些实施例中，该方法还包括使用光电检测器、GDD和处理器作为无线通信接收器。

除了上述示例性方面和实施例之外，进一步的方面和实施例将通过参照附图和研究以下详细描述而变得明显。

附图说明

示例性实施例在附图中示出。附图中示出的部件的尺寸和特征通常是为了显示的方便和清楚而选择的，并且不一定按比例示出。附图列出如下。

图1A-图1D示出根据本主题的一些示例性实施例的上转换系统；

图2示出根据本主题的一些示例性实施例的上转换的频率响应的曲线图表示；

图3示出根据本主题的一些示例性实施例的来自光电检测器的检测信号和来自电子电路的检测信号作为辉光放电检测器直流偏置电流的函数的曲线图表示；

图4示出根据本主题的一些示例性实施例的上转换成像结果；以及

图5A-图5B示出使用上转换系统的FMCW实验的检测到的信号。

具体实施方式

本文公开毫米波和太赫兹波检测系统，其以非常规方式利用辉光放电检测器(GDD)。本系统不像现有技术中已知的那样电学地读取GDD的输出，而是通过对由于GDD感测毫米波和太赫兹波而发射的光进行成像来光学地读取GDD的输出。即，本检测系统是基于毫米波和太赫兹波向可见光的上转换。然而，在一些实施例中，GDD输出的电读取补充了光学读取。

该上转换系统可以经配置以在各种实施方式中操作，例如在无线通信系统、成像系统等中。例如，当在无线通信系统中使用时，本检测系统充当MMW和/或THz信号的无线接收器。当用于成像目的时，该检测系统还可以包括照射目标的MMW和/或THz辐射发射器；系统然后接收并分析来自目标的反射。

可选地，光电检测器是电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)照相机，其经配置以捕获来自GDD的光发射的图像。

在某些实施例中，光电检测器可以是焦平面阵列(FPA)。FPA可以基于从光发射检测到的GDD像素来构建图像。图像可以根据光电检测器对由GDD发射的光发射的测量来构建。图像可以提供GDD的辉光的指示，这可以指示入射在GDD上的MMW/THz辐射。在某些实施例中，来自由CCD/CMOS照相机捕获的可见波的这种响应可能大于通过测量GDD的电流输出而以电子方式导出的值。

在某些实施例中，MMW/THz辐射可以是指向目标物体并反射到GDD上的信号光束。参照光束可以聚焦在GDD上。GDD可以混合两个光束，并且GDD可以以电子方式发射不同频率的信号。此外，可以以差频调制GDD的光发射。因此，外差信号可以被上转换成可见光频率。通过线性调频(chirp)一个光束使其频率随时间变化，差频可以，电子地和光学地，以相同的速率随时间变化。因此，差频可以指示每个GDD像素的距离。通过测量每个GDD吸收的差频，确定每个像素处的距离信息，从而获得三维图像。这被称为频率调制连续波(FMCW)雷达。用CCD/CMOS照相机检测到的GDD光发射可以提供被上转换成可见光的MMW/THz三维图像，这与GDD电流输出的电学检测相比，具有提高的灵敏度和速度。

1.一般系统描述

图1A-图1E示出根据本主题的一些示例性实施例的上转换系统。

参照图1A，其示出上转换系统100。上转换系统100可以包括辉光放电检测器(GDD)120，其可以经配置以检测MMW和/或THz波辐射。上转换系统100可以包括光电检测器130，该光电检测器130可以测量从GDD 120发射的可见光。在某些实施例中，光电检测器130可以是电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)照相机，其经配置以捕获由GDD 120发射的可见光的图像。GDD 120可以从通信发射机136接收通信输入。通信发射机可以发送可由GDD 120检测的MMW和/或THz辐射中的通信输入，如本文在图1B和图1E中进一步描述的。GDD 120可以检测光输入。光输入可以是由辐射源110发射的MMW和/或THz辐射，其被导向物体153并且可以从物体153朝向GDD 120反射，如本文在图1C-图1D中进一步描述的。

GDD 120的检测机制可以根据GDD 120的灯的两个电极之间的电流的微小变化来工作。电流变化可能由于入射在GDD 120上的电磁辐射(例如MMW/THz辐射)的电场而发生。由MMW/THz辐射引起的GDD 120的偏置电流变化的表达式可以由下式给出：

其中可以指定内部信号放大，q可以是电子电荷，V可以是平均电子速度，n可以是电子密度，V_i可以是气体电离势，m可以是电子质量，τ可以是产生电流变化的时间响应，τ_i可以是电子与气体原子电离碰撞之间的时间，η₀可以是自由空间阻抗，P_D可以是检测器上的入射MMW/THz辐射功率密度，v可以是电子中性原子弹性碰撞频率，ω可以是电磁辐射频率，t_d可以是到阳极的平均电子漂移时间，且v_i可以是电离碰撞频率。主导机制可以是增强的级联电离，而不是扩散电流；增强的级联电离机制可以增大电流，而扩散电流机制可以减小电流。当ω和v相等时，等式(1)可以是最大值。GDD 120可能对入射的MMW/THz辐射的偏振灵敏。在某些实施例中，MMW/THz辐射可能需要快速包络检测。此类应用的示例可以包括测量飞行时间、雷达检测、短脉冲的直接检测、实时成像等。GDD 120内部的等离子体的响应时间可以是皮秒量级的；然而，电子电路将响应时间限制为约1微秒(μs)。

GDD 120的光学偏振灵敏度可以配置为侧面配置、头部配置等。当DC电场在MMW/THz电场的方向上时，可以获得最大的检测值。当DC电场和MMW/THz电场彼此正交时，可以获得最小的检测值。最小检测值可以是最大检测值的30％。当MMW/THz频率使得波长在电极几何尺寸的数量级上时，可能发生等离子体的吸收和明显的响应度增加。

上转换系统100的系统NEP的计算可以使用以下等式(2)来计算：

其中V_n可以指定噪声电压，P_{s_min}可以指定直接检测中的最小的检测到的信号功率，B可以指定带宽，并且R可以指定所述检测系统的响应度。

可以在约130毫微伏(nV)/√Hz下测量噪声电压。可以将上转换系统100的NEP计算为约1.3毫微瓦(nW)/√Hz。使用光电检测器130的NEP的数量级可以比使用GDD 120的电学检测的NEP低，当入射EM波照射GDD 120的整个侧面而不是GDD 120的窄“头部”时，使用GDD120的电学检测的NEP被测量为约10nW/√Hz。

2.用于通信系统

在某些实施例中，上转换系统100可以经配置在无线通信系统中操作。随着移动用户越来越多地使用在线服务，增长最快的通信是通过无线信道。网络容量的这种增加需要每个基站之间、基站和终端用户设备之间、每个终端用户设备之间等的众多连接链路中的更高的无线传输速率。为了实现高无线数据速率，载波频率可以增加到电磁频谱的MMW部分。

参照图1B，其示出根据某些实施例的上转换系统100。上转换系统100可以包括离轴抛物面镜(OPM)125和透镜127，透镜127经配置以将辐射聚焦到GDD 120上，例如，跨越GDD120的电极之间的GDD等离子体横截面。透镜127可以是聚乙烯(PE)透镜。可选地，第一光学透镜135和第二光学透镜145可以配置在GDD 120与光电检测器130之间，以引导由GDD 120发射的可见光以被光电检测器130精确地捕获。

参照图1E，调制的MMW辐射可以引起经由GDD 120的光发射强度的变化。光发射强度可以由放置在GDD 120附近的光电检测器130测量。光电检测器130可以连接到放大链以过滤由光电检测器130获得的数据。放大链可以包括跨阻抗放大器(TIA)191、运算放大器(AMP)192和低噪声放大器(LNA)。TIA 191可以具有用于阻抗匹配的有限带宽。与可以具有高输出阻抗的TIA 191相反，LNA193可以具有50欧姆的输入阻抗。在某些实施例中，辐射源110可以是以GDD 120可以接收的辐射的形式发送信号(例如通信数据)的基站。在某些实施例中，TIA 191可以与雪崩光电二极管(未示出)耦合，雪崩光电二极管可以经配置以增加TIA 191的灵敏度和比特率输出。在某些实施例中，阻抗匹配元件可以耦合到放大链以提高灵敏度和比特率。

该信号可以用高达约10毫安培(Ma)(例如在5-10Ma的范围内)的GDD偏置电流、12MHz的方波调制来获得，并且辐射源110可以被配置为100GHz的MMW载波频率。在GDD 120中，在通过直流偏置电流击穿等离子体之后，MMW辐射可以提高等离子体中的去激发和复合速率，并因此增加GDD 120的照明强度。可能需要MMW辐射(例如信号源辐射144)的幅度调制以区分GDD 120的信号光和偏置光。信号光可以被调制，而偏置光可以不被调制。交流(AC)耦合可用于将AC信号与更强的DC偏置分开。没有MMW辐射的GDD光可能导致DC电压的形成。

3.成像系统中的使用

参考图1C，其示出根据本主题的一些示例性实施例的上转换系统100的另一个实施例。OPM 125可以沿辐射源110与物体153之间的辐射路径布置。OPM 125可以经配置以使得朝向物体153发射的辐射是入射辐射，例如信号源辐射144。从物体153反射的辐射可以朝向球面镜155传播。从物体153反射的辐射可以相对于球面镜155以不同的角度传播。从球面镜155反射的辐射朝向GDD 120传播，GDD 120可以接收从物体153反射的辐射。可选地，GDD120被放置在图像平面中。当接收到从球面镜155传播的辐射时，GDD 120可以发射可见光。到达GDD 120的光可以根据辐射到达GDD 120的角度而具有不同的强度。可见光被光电检测器130捕获。光电检测器130可以布置在GDD 120附近，以检测由GDD 120发射的可见光的强度变化。在某些实施例中，GDD 120可以是GDD焦点阵列(FPA)，这可以使光电检测器能够检测GDD像素并同时对其成像。该图像可以提供GDD辉光的指示，这可以指示入射在GDD 120上的MMW/THz辐射。可选地，在GDD 120不用作FPA的情况下，可以通过在物平面中水平和垂直地扫描物体153来获取图像。GDD可见光发射可以用光电检测器130(例如CCD/CMOS照相机)检测，可以提供被上转换成可见光的MMW/THz三维图像。

经由GDD 120将辐射上转换成可见光，这可以将来自辐射源110(例如低频源)的辐射倍增至100GHz。MMW/THz调制的信号可以通过锥形喇叭天线耦合到自由空间，这可以产生近似基模高斯光束。GDD的光可以被导向光电检测器130。

参考图1D，其示出根据某些实施例的利用参照光束的上转换系统100。上转换系统100可以包括分束器178。上转换系统100可以经配置为频率调制连续波(FMCW)雷达，以在信号源处提供频率调制，从而实现传播延迟测量，用于确定到成像系统中目标的距离或确定物体的深度。在某些实施例中，FMCW雷达和信号源辐射144可以经由分束器178分成两个光束。第一光束，例如信号光束142，可以朝向物体153入射并作为反射信号光束142朝向GDD120反射。第二光束，例如参照光束143，可以直接入射到检测器上。信号光束142或参照光束143可以被频率调制，例如线性调频，使得信号光束和参照光束的传播中的时间差(Δt)可以产生拍频(f_b)。该频率可以是恒定的，并且在图像记录的每个瞬间处与距物体153的距离成比例。

在某些实施例中，参照光束143可以聚焦在GDD 120上。GDD 120可以接收并形成反射信号光束141和参照光束143的干涉图案，导致可以由GDD 120光学地发射的差频处的信号。此外，GDD 120的光发射可以以差频进行调制。因此，外差信号可以被上转换成可见光。通过线性调频一个光束使其频率随时间变化，差频可以以相同的速率电子地和光学地随时间变化。因此，差频可以指示每个GDD像素的范围。通过测量每个GDD吸收的差频，确定每个像素处的距离信息，从而获得三维图像。这被称为频率调制连续波雷达，例如FMCW雷达。用CCD/CMOS照相机检测到的GDD光发射可以提供被上转换成可见光的MMW/THz三维图像，这与GDD电流输出的电学检测相比，具有提高的灵敏度和速度。由光电检测器产生的测量结果可以被实施用于无线通信和成像，如下面进一步描述的。

根据拍频(f_b)，物体的距离/范围(R)可以被计算为：

其中f_SR可以指定扫描速率，例如线性调频斜率，Δf可以指定全频率摆动，例如线性调频带宽，R可以指定信号与参照光束之间的光程差(OPD)，T_s可以指定线性调频扫描时间，c可以指定光速。

深度分辨率可以被指定为δR，并且可以根据(3)计算。使用拍频分辨率δf_b，最小可分辨频率偏差为δf_b≈1/T_s。因此，深度分辨率可以写成：

其中δR可以是最小可识别图像深度(深度分辨率)。因此，频率摆动越大，可以实现的深度分辨率就越好。

在某些实施例中，高功率微波源辐射可以在GDD130的灯中产生可见光。灯阵列上的灯中的照明范围可以取决于微波强度。因此，微波分布可以由光电检测器130捕获。GDD120可以发射可被分析的光，以在成像系统中产生像素。在某些实施例中，MMW成像技术可以利用从Cs-XeDC放电的正柱发射的可见光。MMW辐射可以朝向GDD130的大的均匀正柱窗口入射，并且可以导致正柱光强度的变化。在某些实施例中，对于35GHz辐射，上转换系统100的最小可检测MMW功率密度可以近似1瓦每平方厘米，响应时间约为0.8μs，10微秒时隙的空间分辨率为3mm。

4.实验结果

如实验结果所示，上转换系统100的响应度可以通过测量GDD横截面上的输入MMW/THz功率以及来自光电检测器110的输出信号电压来计算。MMW/THz热电阵列照相机(未示出)经配置以测量并计算输入MMW/THz功率。MMW/THz绝对功率计经配置以测量光束功率。入射在GDD横截面上的总MMW/THz辐射功率被计算为800μW。来自光电检测器输出的检测到的信号为76mV，这导致在GDD偏置电流为10毫安培的情况下，检测系统在100GHz时的响应度为95伏/瓦(V/W)。为了进行比较，来自电子电路(没有放大器)的检测到的信号被测量为25兆伏(Mv)，这导致在相同的GDD偏置电流的情况下，电学检测系统在100GHz时的响应度为31V/W。因此，光学上转换比电学检测更具有响应性。

路径长度为0.55米(m)。信号源辐射144被分束器178导向物体153，物体153是平面金属镜。经由物体153的反射信号光束141经由透镜127聚焦到GDD 120上。路径长度为1.62m。参照光束143与信号光束142之间的路径为1.07m。作为GDD 120的外差检测的结果，获得差频(例如拍频-f_b)，其与反射信号光束141和反射光束143的OPD(例如R)成比例。

在MMW/THz源(例如辐射源110)的输出端，线性调频带宽约为Δf＝3GHz，线性调频扫描时间T_s为0.9毫秒(ms)(调制信号是占空比为90％的1kHz锯齿信号)，其被提供有f_SR＝3MHz/μs的线性调频速率，δfb＝1kHz的拍频分辨率，以及没有往返路径的情况下的0.1m的OPD分辨率(对于没有往返路径的情况，范围分辨率(δR)为0.05m)。

参考图3，其示出在实验期间使用上转换方法的光学检测与没有放大器的电学检测之间的比较。两种检测方法(例如光学检测方法和电学检测方法)的响应度可以根据DC偏置电流而变化。而且，GDD 120的DC电流越高，上转换系统100的响应度越好。这可能归因于电子-中性原子碰撞频率相对于偏置电流的增加，从而增加经由能量转移到中性原子的MMW/THz辐射吸收，其中MMW/THz能量增加到了电子动能，并且因此激发或电离中性原子。这改变了去激发和复合速率，因此改变了GDD 120的照明强度。因此，为了区分GDD 120的信号光和偏置光，需要MMW/THz辐射的幅度调制。

参考图4，其示出实验中的上转换成像结果。物体153是“F”形金属物体。为了获得物体153的扫描，使用升降器和线性平台，物体153在每个方向上(例如水平和垂直地)移动一厘米。物体153在1-10个点的范围上水平地移动，并且在1-12个点的范围上垂直地移动；从而，扫描并获取物体153的图像。该结果以正确的尺寸清楚地示出物体153的形状。为了减少一些低强度模糊值，执行图像处理以通过反复试错法确定阈值，并使所有低于阈值的像素归零。

参考图5A-图5B，其示出使用图1C的上转换系统100的用于FMCW实验的检测信号。图5A示出光电检测器130的输出结果。图5B示出来自连接到GDD 120的电子电路的放大器输出的电学检测结果，以示出光电检测器130提供的输出的优点。信号A表示检测到的信号，信号B表示用作触发器的锯齿调制信号。而且，带有微型霓虹指示灯作为GDD混频器的FMCW用于电学外差检测和上转换光学外差检测两者。这两种检测过程都源于自由电子和中性气体原子之间的激发和结果的电离碰撞过程。这些导致电流增大以及产生GDD光发射的去激发和复合。

对于实验，GDD偏置电流为10mA，具有1KHz的方波调制，且MMW/THz频率为100GHz。来自光电检测器130输出的检测到的信号被测量为76mV。使用GDD 120的侧面配置来代替头部配置。头部配置的灵敏度更好大约一个数量级，因为等离子体相互作用深度是对应于电极长度的约1cm，而不是对应于电极厚度的约1mm。

使用示出检测到的信号的频率分量的快速傅立叶变换(FFT)来分析由示波器记录的FMCW信号的原始数据。图10示出用于图9所示FMCW实验的检测到的信号A的FFT。FFT用于将f_b的频率分量与检测到的信号分离。可以看出，根据FFT的两种检测方法的拍频都是12.7KHz。该频率对应于1.143m的OPD，与上面进行的OPD计算非常一致，并且在预期频率和OPD分辨率的范围内。FFT中示出的另一个主要频率分量是约1KHz的调制信号频率。

根据等式(2)，发现该上转换系统100的最小检测到的信号功率约为1.3微瓦(μW)(当将NEP乘以光电检测器带宽的平方根时)。发现该上转换系统的最小可检测MMW/THz功率密度约为1μW/平方厘米(cm²)的量级(当用最小检测到的信号功率除以检测器的面积时)。

参考图2，其示出根据本主题的一些示例性实施例的表示上转换频率响应的曲线图。曲线图200示出高达16MHz的调制频率。随着检测到的信号的频率接近TIA 191带宽的较高值，检测到的信号显著地降低。这是因为放大链带宽，而不是GDD 120。

比较表明，使用上转换的噪声等效功率(NEP)几乎比电学检测中的NEP低一个数量级，并且响应度可能是电学检测中的响应度的三倍。在某些实施例中，上转换系统100可以经配置以经由GDD 120的并行信道提高数据速率。可选地，根据调制方法，与该带宽一起使用的相干调制方法(如QPSk、QAM等)可以调制数十兆比特或更多比特。

实验结果表明，具有GDD 120和光电检测器130的上转换系统100可以用于MMW/THz成像。结果示出，与GDD的电学检测相比，使用本方法的响应时间有所提高。NEP可能比GDD120的电学检测中的NEP低一个数量级，并且响应度可能是电学检测中的响应度的三倍。

在实验结果的框架中讨论的各种设备和方法形成本发明的实施例。

贯穿本申请，本发明的各种实施例可以以范围格式呈现。应当理解，范围格式的描述仅是为了方便和简洁，不应当被解释为对本发明范围的不灵活的限制。因此，范围的描述应当被认为已具体公开了所有可能的子范围以及该范围内的各个数值。例如，对范围诸如1至6的描述应当被认为已具体公开了子范围诸如1至3、1至4、1至5、2至4、2至6、3至6等，以及该范围内的单独的数字，例如1、2、3、4、5和6。这适用于任何范围的宽度。

每当在本文中指示数值范围时，它意味着包括指示范围内的任何引用的数字(分数或整数)。短语在第一指示数字与第二指示数字之间的“范围(ranging)/范围(rangesbetween)”和从第一指示数字“到(to)”第二指示数字的“范围(ranging)/范围(rangesfrom)”在本文中可互换使用，并且意味着包括第一和第二指示数字以及它们之间的所有分数和整数数字。

本发明可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括其上具有计算机可读程序指令的非暂时性计算机可读存储介质(或媒介)，用于使处理器执行本发明的各方面。例如，处理器可操作地耦合到光电检测器，以分析由光电检测器捕获的图像，并基于图像计算信号源辐射的至少一个参数。该计算有助于前述讨论的成像和/或通信系统的操作。

计算机可读存储介质可以是可保存并存储供指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质可以是，例如但不限于，电子存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备，或者前述的任何适当组合。计算机可读存储介质的更具体示例的非穷举列表包括以下内容：便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、数字通用盘(DVD)、记忆棒、软盘、其上记录有指令的机械编码设备，以及前述的任何适当组合。本文使用的计算机可读存储介质本身不应被解释为暂时信号，诸如无线电波或其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)，或者通过电线传输的电信号。相反，计算机可读存储介质是非瞬态(即，非易失性)介质。

本文描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到相应的计算/处理设备，或者经由网络例如因特网、局域网、广域网和/或无线网络下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光传输光纤、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配器卡或网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发计算机可读程序指令以存储在相应的计算/处理设备内的计算机可读存储介质中。

用于执行本发明操作的计算机可读程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据，或者是以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，包括面向目标的编程语言诸如Java、Smalltalk、C++等，以及常规过程编程语言诸如“C”编程语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全在用户的计算机上执行、作为独立的软件包部分地在用户的计算机上执行、部分地在用户的计算机上执行以及部分地在远程计算机上执行或者完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种情况下，远程计算机可以通过任何类型的网络(包括局域网(LAN)或广域网(WAN))连接到用户的计算机，或者可以连接到外部计算机(例如，通过使用互联网服务商提供商的互联网)。在一些实施例中，包括例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)的电子电路可以通过利用计算机可读程序指令的状态信息来执行计算机可读程序指令，以使电子电路个性化，以便执行本发明的各方面。

本文参考根据本发明实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图来描述本发明的方面。应当理解，流程图和/或框图的每个框，以及流程图和/或框图中的框的组合，可以由计算机可读程序指令来实现。

这些计算机可读程序指令可以被提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器以产生机器，使得经由计算机或其他可编程数据处理装置的处理器执行的指令创建装置，用于实现流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作。这些计算机可读程序指令还可以存储在计算机可读存储介质中，其可引导计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式运行，使得其中存储有指令的计算机可读存储介质包括制造品，该制造品包括实现在流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的各方面的指令。

计算机可读程序指令还可以被加载到计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备上，以引起在计算机、其他可编程装置或其他设备上执行一系列操作步骤，从而产生计算机实现的过程，使得在计算机、其他可编程装置或其他设备上执行的指令实现在流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作。

附图中的流程图和框图说明根据本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系结构、功能和操作。在这方面，流程图或框图中的每个框可以表示指令的模块、段或部分，其包括用于实现(一个或多个)指定逻辑功能的一个或多个可执行指令。在一些替代实施方式中，框中标注的功能可能不按图中标注的顺序发生。例如，连续示出的两个框实际上可以基本上同时执行，或者这些框有时可以以相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。还应注意到，框图和/或流程图说明的每个框以及框图和/或流程图说明中的框的组合可以由基于专用硬件的系统来实现，该基于专用硬件的系统执行指定功能或动作或实现专用硬件和计算机指令的组合。

本发明的各种实施例的描述是出于说明的目的而给出的，但并不旨在穷举或限制于所公开的实施例。在不脱离所描述的实施例的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员来说是明显的。选择本文所使用的术语是为了最好地解释实施例的原理、实际应用或对市场上发现的技术的技术改进，或者使本领域普通技术人员能够理解本文公开的实施例。

Claims (14)

1.一种上转换系统，包括：

辉光放电装置即GDDGDD，其经配置以检测信号源辐射，其中所述信号源辐射是毫米波即MMW辐射和太赫兹辐射即THz辐射中的至少一种；以及

光电检测器，其经配置以测量所述GDD由于吸收所述信号源辐射而发射的可见光的强度变化。

2.根据权利要求1所述的上转换系统，还包括：

辐射源，其经配置以朝向物体发射所述信号源辐射，以被所述物体朝向所述GDD反射。

3.根据权利要求1所述的上转换系统，还包括分束器，所述分束器经配置以将所述信号源辐射分成信号光束和参照光束，其中所述信号光束和参照光束被所述GDD吸收以产生所述可见光。

4.根据权利要求2所述的上转换系统，其中，所述辐射源经配置以随时间推移调制所述信号源辐射的所述频率，使得所述频率的差异指示由所述光电检测器测量的所述GDD的图像的每个像素的距离，从而能够构建所述物体的三维图像。

5.根据权利要求1所述的上转换系统，其中，所述辐射源经配置以调制所述信号源辐射的所述幅度调制，以区分由所述信号源辐射产生的可见光和由供应至所述GDD的偏置电流产生的可见光。

6.根据前述权利要求中任一项所述的上转换系统，还包括可操作地耦合到所述光电检测器的处理器，所述处理器经配置以分析由所述光电检测器捕获的图像，并基于所述图像计算所述信号源辐射的至少一个参数。

7.根据前述权利要求中任一项所述的上转换系统，其中所述系统经配置以作为无线通信接收器操作。

8.一种方法，包括：

将光电检测器导向辉光放电装置即GDD；和

操作所述光电检测器以捕获由于所述GDD吸收毫米波辐射即MMW辐射和太赫兹辐射即THz辐射中的至少一种而从所述GDD发射的可见光。

9.根据权利要求8所述的方法，还包括：

从辐射源朝向物体发射所述信号源辐射，以被所述物体朝向所述GDD反射。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括：

随时间推移调制所述信号源辐射的所述频率，使得所述频率的差异指示由所述光电检测器测量的所述GDD的图像的每个像素的距离；以及

基于所述指示的距离，构建所述物体的三维图像。

11.根据权利要求9所述的方法，还包括：

调制所述信号源辐射的所述幅度，以区分由所述信号源辐射产生的可见光和由供应至所述GDD的偏置电流产生的可见光。

12.根据权利要求8-11中任一项所述的方法，还包括使用分束器将所述信号源辐射分成信号光束和参照光束，其中所述信号光束和参照光束被所述GDD吸收以产生所述可见光。

13.根据权利要求8-12中任一项所述的方法，还包括：

提供可操作地耦合到所述光电检测器的处理器；以及

操作所述处理器以分析由所述光电检测器捕获的图像，并基于所述图像计算所述信号源辐射的至少一个参数。

14.根据权利要求8和11-13中任一项所述的方法，还包括使用所述光电检测器、所述GDD和所述处理器作为无线通信接收器。