CN201308478Y - 压缩态光场的成像系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种压缩态光场的成像系统，该系统包括激光器、压缩光设备、成像系统以及探测器；压缩光设备设置于激光器的输出光路上；成像系统设置在压缩光设备的输出光路上；探测器和成像系统相连。本实用新型提供了一种图像信噪比高、空间分辨率高、光谱分辨率高、可靠性高、性能稳定、功耗低的压缩态光场的成像系统。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种成像系统，尤其涉及一种压缩态光场的成像系统。
背景技术
近年来，医学诊断、中草药成分分析、生物化学微小结构及成分分析、集成电路检测、工程无损伤探测及信息获取等领域中成像技术广泛运用，高信噪比、高分辨率的成像方法研究越来越引起人们的重视。
现有的有源成像所使用的光源主要是自然光光源，激光二极管，荧光灯等，或者是成像目标自身辐射光。当我们把这类传统光源的光场作为一量子体系处理时，描写电磁场的两正交分量存在无规则真空涨落(量子噪声)，即使我们采用有效方法去掉测量过程中所有经典误差源的影响，量子噪声仍然存在于各种形式的辐射之中，此量子噪声来源于量子力学本征统计性质。因此，使用压缩光设备对光源进行改进，可以实现高信噪比、高分辨率的高质量成像。
无源被动式成像主要是被动接收目标物体反射和自身辐射信号光，实现目标物体检测。因为在目标背景中存在大量杂散光，这就限制了信噪比和图像分辨率的提高。利用传统光源，如荧光灯、激光器等实现主动有源成像能够克服无源成像的缺点，成像的信噪比和分辨率有所提高，但是光源中的量子噪声会影响成像效果。因此，要进一步实现高信噪比、高分辨率成像必须设法降低光源量子噪声。
实用新型内容
为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本实用新型提供了一种图像信噪比高、空间分辨率高、光谱分辨率高、可靠性高、性能稳定、功耗低的压缩态光场的成像系统。
本实用新型的技术解决方案是：本实用新型提供了一种压缩态光场的成像系统，其特殊之处在于：该压缩态光场的成像系统包括激光器、压缩光设备、成像系统以及探测器；所述压缩光设备设置于激光器的输出光路上；所述成像系统设置在压缩光设备的输出光路上；所述探测器和成像系统相连。
上述压缩态光场的成像系统还包括数据处理系统，所述数据处理系统和探测器相连。
上述压缩光设备是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。
上述激光器是半导体激光器、液体激光器、气体激光器、固体激光器或光纤激光器。
上述探测器是CCD、真空摄像管、自扫描光电二极管阵列。
上述成像系统是基于Sagnac干涉仪的Sagnac型横向剪切干涉法、基于迈克尔逊干涉仪的迈克尔逊干涉法、双折射偏振干涉法、液晶可调谐滤光片的干涉法、法布里-珀罗(Fabry-perot)的多光束干涉法以及采用色散棱镜、衍射光栅、二元光学元件、声光可调谐滤光片色散型光谱成像方法或单光子成像或几何成像的成像系统。
上述成像系统是传统的单光子成像或几何成像的成像系统时，所述探测器还包括有设置在探测器前的标准超半球浸没透镜。
上述超半球浸没透镜是通过光胶与探测器紧密粘合的。
本实用新型的优点是：
1、图像信噪比、空间分辨率和光谱分辨率可大幅提高。本实用新型采用压缩光设备后使得压缩光抑制了无规则真空涨落(量子噪声)，因此利用压缩光光源实现成像，可以提高信号光的强度，提高信噪比，提高图像分辨率。
2、性能稳定，可靠性高。本实用新型利用激光器产生压缩光，光源稳定，能够长时间、连续运转，成像的可靠性高。
3、能够实现微弱光成像。本实用新型因为是有源的成像系统，可以调节光源的功率大小，所以该成像系统也可以在微弱光条件下高信噪比、高分辨率成像。
4、效率高。本实用新型在探测装置中还有适应性的改进，在探测器前加一个浸没透镜，可以改善光路，在探测器面积相同的情况下，可等效地提高整个系统的信噪比。
5、能够实现连续、快速成像。本实用新型中所采用的压缩光可以实现连续运转，因此可以实现连续、快速成像。
附图说明
图1为本实用新型所提供系统的结构示意图；
图2为本实用新型所提供压缩光设备的结构示意图；
图3为本实用新型第一较佳实施例结构示意图；
图4为本实用新型另一实施例中改进的标准浸没透镜结构示意图。
具体实施方式
参见图1，本实用新型提供了一种压缩态光场的成像系统，该压缩态光场的成像系统包括激光器1、压缩光设备2、成像系统4、探测器5以及数据处理系统6；压缩光设备2设置于激光器1的输出光路上；成像系统4设置在压缩光设备2的输出光路上；探测器5和成像系统4相连；数据处理系统6和探测器5相连。
压缩光设备2可以是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。激光器1是半导体激光器、液体激光器、气体激光器、固体激光器或光纤激光器等。探测器5可以是CCD、真空摄像管、自扫描光电二极管阵列等成像器件。
成像系统4的成像方式可以是基于Sagnac干涉仪的Sagnac型横向剪切干涉法、基于迈克尔逊干涉仪的迈克尔逊干涉法、双折射偏振干涉法、液晶可调谐滤光片的干涉法、法布里-珀罗(Fabry-perot)的多光束干涉法等的干涉光谱成像法，以及采用色散棱镜、衍射光栅、二元光学元件、声光可调谐滤光片等的色散型光谱成像方法、单光子成像或几何成像等成像系统都可以用在本实用新型之中，完成本实用新型的实用新型目的。
如果成像系统4的成像方式是传统的单光子成像或几何成像等成像系统时，探测器5还包括有设置在探测器5前的标准超半球浸没透镜7。超半球浸没透镜7是通过光胶与探测器5紧密粘合的。
参见图2，本实用新型在使用时选择激光器1可以是半导体激光器、液体激光器、气体激光器、固体激光器或光纤激光器等。为了说明问题，在本实用新型所列举的实施列中，采用德国生产的DABOLO激光器LD，它是激光二极管抽运全固体化连续单频绿光激光器，532nm绿光输出最大功率为800mW，偏振方向与垂直方向的夹角为45°，5h长期功率稳定性小于±1％；可同时输出1064nm红外最大功率400mW。通过压缩光设备2后，得到振幅压缩光，压缩光照射待测目标3，在待测目标3后方用传统的透镜方式4成像，然后用探测器5检测透射的信号光。本实用新型所提供的压缩光设备产生压缩光的工作原理是：
1、激光器出射的红外光(1064nm)先经过焦距为f＝450mm的平凸透镜f1准直为近似平行光束。后面的半波片H1用来实现相位调制。光束再经过偏振分光棱镜P1。
2、激光器出射的绿光(532nm)先经过焦距为f＝300mm的平凸透镜f2准直为近似平行光。用半波片H4和偏振分光棱镜P2组成光分束器，控制所分光束的功率。后面的半波片H5用来实现相位调制。
3、半波片H2、H3和法拉第旋转器IS组成光隔离器。当把绿光和红外光的偏振方向都调节为垂直后，汇合后的光束经过透镜f3，入射到谐振腔。
4、谐振腔的输入镜M1的凹面对1064nm高反，平面对532nm增透，整个镜片对532nm的透过率为70％；输出镜M2的凹面对1064nm的反射率为96.7％，对532nm高反，平面对1064nm增透。谐振腔外用一个焦距为f＝148mm且镀有1064nm增透膜的透镜f4将出射光准直为近似平行光，就是振幅压缩光。
参见图3，是本实用新型利用干涉光谱成像方法来对待测目标进行成像的第一实施例，本实用新型在使用时，首先将待测目标3设置于本实用新型所述的压缩态光场的成像系统4中，并将待测目标3固定或安置于压缩光设备2和成像系统4之间，并处于压缩光设备2的输出光路上，本实用新型在该实施例中，可利用半导体激光器1产生的激光制备振幅压缩光光源，实现目标探测。由振幅压缩光设备2产生的压缩光照射待测目标，反射光或透射光经前置光学系统后成为一束电矢量的准直光束射入Sagnac干涉分光系统，此光波到达分束板后，被分割成一束透射光和一束反射光，经M1和M2反射后又返回分束板，分别经透射和反射到达探测器5。二束光中的每一束在到达探测器5时，都分别在分束板上经历了一次透射和一次反射。
由于二光束是从同一入射光束分割出来的，满足同频率、振动方向不正交(此处振动方向相同)和有固定位相差的相干必要条件；且又满足振幅相差不悬殊(此处二振幅相等)和光程差不能太大的相干充分条件，故二光束相遇时，必然会产生干涉图样。通过傅里叶透镜将干涉图转化为光谱图，再利用面阵探测器5CCD对光谱图进行探测，经过后期数据处理系统6将所测数据的光谱图进行复原，就可得到待测目标的图像信息和光谱信息。
上例中的成像光谱仪的分光系统是采用基于Sagnac干涉仪的Sagnac型横向剪切干涉法，同样基于压缩态光源的干涉光谱成像实验方案也可采用基于迈克尔逊干涉仪的迈克尔逊干涉法，以及双折射偏振干涉法，采用液晶可调谐滤光片的干涉法和采用法布里一珀罗(Fabry-perot)的多光束干涉法。
也可以采用非干涉光谱成像的方法，比如采用采用色散型成像光谱技术来成像等，以及可以采用传统的透镜成像等非光谱成像方法来成像。
图4是本实用新型利用传统的透镜成像原理所提出的另一较佳实施例中改进的浸没透镜结构示意图。与图3不同的是，本实施例是采用传统的透镜成像方式，以证明本实用新型除可以用在现有的、常用的一些干涉光谱成像系统4外还可以用在非干涉光谱成像的方法以及传统的透镜成像等非光谱成像方法中，当然在利用传统的透镜成像方式进行成像时，除了用半导体激光器1以及振幅压缩光设备2外，仅在探测器5前加上一个超半球浸没透镜7，这样不仅可以改善光路，减小探测器5的面积，等效地提高整个系统的信噪比。还可缩短光路长度，使得本实用新型的结构更加紧凑。并且为了使结构更加稳定，用光胶将探测器5紧密粘在超半球浸没透镜7上。
Claims (8)
1、一种压缩态光场的成像系统，其特征在于：所述压缩态光场的成像系统包括激光器、压缩光设备、成像系统以及探测器；所述压缩光设备设置于激光器的输出光路上；所述成像系统设置在压缩光设备的输出光路上；所述探测器和成像系统相连。
2、根据权利要求1所述的压缩态光场的成像系统，其特征在于：所述压缩态光场的成像系统还包括数据处理系统，所述数据处理系统和探测器相连。
3、根据权利要求2所述的压缩态光场的成像系统，其特征在于：所述压缩光设备是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。
4、根据权利要求3所述的压缩态光场的成像系统，其特征在于：所述激光器是半导体激光器、液体激光器、气体激光器、固体激光器或光纤激光器。
5、根据权利要求4所述的压缩态光场的成像系统，其特征在于：所述探测器是CCD、真空摄像管、自扫描光电二极管阵列。
6、根据权利要求1或2或3或4或5所述的压缩态光场的成像系统，其特征在于：所述成像系统是基于Sagnac干涉仪的Sagnac型横向剪切干涉法、基于迈克尔逊干涉仪的迈克尔逊干涉法、双折射偏振干涉法、液晶可调谐滤光片的干涉法、法布里-珀罗(Fabry-perot)的多光束干涉法以及采用色散棱镜、衍射光栅、二元光学元件、声光可调谐滤光片色散型光谱成像方法或单光子成像或几何成像的成像系统。
7、根据权利要求6所述的压缩态光场的成像系统，其特征在于：所述成像系统是传统的透镜方式成像的成像系统时，所述探测器还包括有设置在探测器前的标准超半球浸没透镜。
8、根据权利要求7所述的压缩态光场的成像系统，其特征在于：所述标准超半球浸没透镜是通过光胶与探测器紧密粘合的。
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