CN112857410A - 一种数字化分布式干涉成像*** - Google Patents
一种数字化分布式干涉成像*** Download PDFInfo
- Publication number
- CN112857410A CN112857410A CN202110038335.2A CN202110038335A CN112857410A CN 112857410 A CN112857410 A CN 112857410A CN 202110038335 A CN202110038335 A CN 202110038335A CN 112857410 A CN112857410 A CN 112857410A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- interference
- unit
- light
- reference light
- object light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 24
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000003491 array Methods 0.000 claims description 20
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 18
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 16
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 11
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 claims description 9
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 4
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 4
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 20
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 14
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 7
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 7
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 28
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 239000011295 pitch Substances 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000008094 contradictory effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 238000012634 optical imaging Methods 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/266—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light by interferometric means
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
本申请公开了一种数字化分布式干涉成像***，包括：参考光单元、物光信息采集单元以及图像重构单元；物光信息采集单元包括微镜层、波导层和数字化层；参考光单元用于发射参考光；微镜层用于离散式采集目标物体的物光；波导层包括多个干涉单元，参考光与物光在干涉单元中干涉；数字化层用于将干涉单元输出的参考光与物光的干涉结果转换为目标物体数字化的物光信息；图像重构单元用于根据数字化的物光信息重构目标物体的图像。相对于现有技术，本申请不受主流工艺对大尺寸芯片加工的限制，极大的拓展成像***的等效口径和分辨率；有利于降低物光传输损耗，缩短成像时间；同时可以将任意两个局域物光进行配对，提高物光信号利用率。
Description
技术领域
本申请属于微纳光电子器件与集成技术领域，尤其涉及一种数字化分布式干涉成像***。
背景技术
传统光学望远镜的基本设计原理仍基于光学折反射原理，通过透镜堆叠将观察对象放大。受传统光学成像原理的限制，基于折反射的光学望远镜要想观测效果更好，只能将主透镜做的更大更笨重。干涉成像***则由一系列微小的光电透镜单元(简称：微镜)以阵列组合在平面上，利用局域物光的相位信息进行干涉成像，例如光学干涉薄片成像***。
干涉成像***以范西特-泽尼克定理为基础，对离散光场干涉信息进行反傅里叶变换，获得重构的图像。它利用光子集成芯片代替传统的镜片组，大幅降低了体积和重量，逐渐发展为一项先进的光电成像技术。该***通过提高基线长度获得丰富的高频信息，进而提高图像的分辨率。根据干涉成像***的设计原理，获得高质量图像的关键在于获取物像在频域空间准连续、完整的信息：低频部分描述物体轮廓，而高频部分对应图像细节。实践中，光子集成电路板上的微镜两两配对，每对的间距定义了干涉基线，其长度与空间频率大小成正比，基线越长对应空间频率越大，能够覆盖的频域范围越大，分辨率越高，图像越清晰。
现有的干涉成像***设计在增加干涉基线长度时，只能通过增加单个光子集成芯片的尺寸来实现：受限于光刻曝光工艺，当前主流的步进扫描式光刻机在保证百纳米宽度光波导高精度制备的同时仅能够实现平方厘米级别的单次曝光，大尺寸高精度干涉基线光波导的制备是一项巨大的技术挑战。尽管电子束直写曝光拼接或者芯片桥接可能有希望完成大尺寸制备，但引入的拼接误差及其较长的传播距离极大的增加了物光在波导中的传输损耗，降低了信噪比，增加了探测难度，不利于高质量成像芯片的实现。在远距离探测应用中，最长干涉基线可能需要长达几十厘米到米量级，如何在现有工艺能力范围内获得大尺寸高质量低损耗芯片，满足长基线干涉的需求且能保证高效率低成本加工，是高分辨干涉成像***可持续发展的关键。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供了一种数字化分布式干涉成像***，适合当前主流工艺能力，满足高分辨成像对长干涉基线的需求，且能够显著降低干涉成像***的物光传输损耗，提高信噪比和成像质量。
本申请实施例提供一种数字化分布式干涉成像***，包括：
参考光单元、物光信息采集单元以及图像重构单元；所述物光信息采集单元包括微镜层、波导层和数字化层；
所述参考光单元，用于发射相干参考光；
所述微镜层，包括多个微镜，多个微镜构成多个微镜阵列，多个微镜阵列呈分布式排布，用于离散式采集目标物体的物光；
所述波导层，包括多个干涉单元，多个干涉单元构成多个干涉单元阵列，多个干涉单元阵列呈分布式排布，并与多个微镜一一对应设置，多个干涉单元均与所述参考光单元通过波导连接，参考光与物光在干涉单元中干涉；
所述数字化层，用于将干涉单元输出的参考光与物光的干涉结果转换为模拟电信号，并将模拟电信号放大与过滤，经模数转换，最终生成所述干涉结果对应的数字化信息，利用所述参考光的已知信息从所述数字化信息中解调出目标物体数字化的物光信息；
所述图像重构单元，用于根据预设的干涉基线设计方案，每个微镜的位置信息，及其采集的离散化物光对应的物光信息，重构目标物体的图像；所述干涉基线设计方案中包括所有两两微镜配对形成的干涉基线矢量。
在本申请的一些实施例中，所述波导层包括多个干涉单元阵列，每个干涉单元阵列包括多个干涉单元，每个干涉单元阵列分别通过波导或光纤与所述参考光单元连接。
在本申请的一些实施例中，所述干涉单元包括垂直耦合器、第一移相器、第二移相器和干涉部件；
所述垂直耦合器与所述干涉部件通过波导连接，所述第一移相器设置于所述参考光单元和所述干涉部件之间，所述第二移相器设置于所述干涉部件内；
物光被微镜采集并通过垂直耦合器进入干涉部件，参考光通过第一移相器统一相位后进入干涉部件，通过第二移相器调整相位至预设相位，调整相位后的参考光与物光在干涉部件中干涉。
在本申请的一些实施例中，所述数字化层包括多个光探测部件、模拟电信号处理电路、以及模拟/数字转换电路；其中，多个光探测部件呈分布式排布，并与多个干涉单元一一对应设置；
所述光探测部件，用于探测对应干涉单元中的干涉结果，将所述干涉结果转化为模拟电信号；
所述模拟电信号处理电路，用于将每一个光探测部件输出的模拟电信号进行信号放大和噪音过滤处理；
所述模拟/数字转换电路，将处理过的模拟电信号转换为数字信号，得到所述干涉结果对应的数字化信息。
在本申请的一些实施例中，所述参考光单元为相干光源，所述相干光源为脉冲激光、光梳或间隔出光的连续激光。
在本申请的一些实施例中，所述物光信息包括波幅信息和相位信息。
本申请实施例的数字化分布式干涉成像***，包括参考光单元、物光信息采集单元以及图像重构单元；所述物光信息采集单元包括微镜层、波导层和数字化层；所述参考光单元用于发射参考光；所述微镜层用于离散式采集目标物体的物光；所述波导层包括多个干涉单元，多个干涉单元呈分布式排布，并与多个微镜一一对应设置，参考光与物光在干涉单元中干涉；所述数字化层用于将干涉单元输出的参考光与物光的干涉结果转换为目标物体数字化的物光信息；所述图像重构单元用于根据数字化的物光信息重构所述目标物体的图像。相对于现有技术，本申请的数字化分布式干涉成像***，因为每个局域物光都进行了数字化，可以将任意两个局域物光进行配对，物光信号可被多次重复使用，实现频域空间全覆盖；同时，数字化物光的两两配对干涉过程由微芯片运算代替，因此降低物光传输损耗，保证较强的物光信号，从而重构出清晰的物像；此外，干涉单元阵列分布式排布，不受现有工艺对芯片尺寸的限制。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
附图1示出了本申请实施例的一种数字化分布式干涉成像***的示意图；
附图2示出了本申请实施例的一种物光信息采集单元的结构示意图；
附图3示出了本申请实施例的一种单一干涉单元阵列的干涉基线示意图；
附图4示出了本申请实施例的一种分布式干涉单元阵列的干涉基线示意图；
附图5示出了本申请实施例的一种干涉单元及其阵列的结构示意图；
附图6示出了本申请实施例的基于干涉原理的物光波幅与相位测量示意图。
本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要说明，本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本申请中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
另外，本申请各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。
图1是本申请实施例提供的一种数字化分布式干涉成像***的示意图，如图1所示，该数字化分布式干涉成像***10包括：参考光单元100、物光信息采集单元200以及图像重构单元300；
参考光单元100，用于发射参考光；根据本申请的一些实施方式中，该参考光单元100可以为相干光源，该相干光源可以是脉冲激光、光梳或间隔出光的连续激光等类型，间隔出光的连续激光不同于脉冲激光，其间隔出光的间隔时长可以根据实际需要进行设定。
图2所示为物光信息采集单元的结构示意图，如图2所示，物光信息采集单元200包括依次叠加的微镜层210、波导层220和数字化层230。实际应用中，该物光信息采集单元200可以制作在一个芯片中。
微镜层210用于采集目标物体发出的物光，波导层220和数字化层230用于将物光与参考光的干涉结果转化为数字化的物光信息。
具体的，微镜层210，包括多个微镜，多个微镜呈阵列排布，用于离散式采集目标物体发出的物光；其中，微镜可以是常规光学透镜，也可以是由人工纳米结构组成的薄膜微镜。常规光学透镜需要设计专门的透镜筒以及采用精密的对准方法。薄膜微镜可以通过精密的层间对准及套刻技术直接制备在垂直耦合器的上方。
波导层220包括多个干涉单元，多个干涉单元呈阵列排布，并与多个微镜一一对应设置，多个干涉单元均与所述参考光单元通过波导连接(耦合)，参考光与物光在干涉单元中干涉；干涉单元阵列呈分布式排布，逐步扩大干涉基线，从而增加成像***口径和提高分辨率。分布式排布可以是阵列排布也可以是非阵列排布。
对于单一干涉单元阵列的干涉基线设计方案，具体的如图3、4所示，波导层220，包括多个干涉单元221，多个干涉单元221呈阵列排布，并与多个微镜一一对应设置，多个干涉单元221均与参考光单元100通过波导耦合连接，参考光与局域物光在干涉单元中干涉；
图3所示为本申请提供的一种单一干涉单元阵列的干涉基线示意图，在x和y方向上多个干涉单元221呈阵列排布，左上角的a11表示第1行第1个干涉单元，右下角的a47表示第4行第7个干涉单元。可见，a11和a47对应的微镜间距构成的基线为最长干涉基线。
值得一提的是，为了与主流的芯片制造工艺(如扫描步进投影曝光)接轨，单一芯片(单一干涉单元阵列)尺寸可以按照单次曝光覆盖的最大区域来设定，即x＝25mm，y＝32mm(如图3所示)。若微镜的直径是1mm，且微镜在单一芯片上密排，则x方向可以放置25个微镜，y方向可以放置32个微镜。最短干涉基线是相邻两个微镜间距Bmin＝1mm，最长干涉基线由左上角与右下角的微镜间距决定为
对于分布式干涉单元阵列干涉基线设计方案，具体的，波导层220可以包括多个干涉阵列222，每个干涉阵列222包括多个干涉单元221，每个干涉阵列222分别通过光纤与参考光单元100连接，干涉阵列内部的干涉单元通过波导连接，干涉阵列与参考光的光纤出光端连接。
图4所示为本申请提供的一组分布式干涉单元阵列的干涉基线示意图，如图4所示，将所有干涉单元划分为多个阵列，各个干涉阵列之间相互独立，每个阵列中的干涉单元通过一条波导与参考光单元100连接。可见，若其中某个干涉阵列损坏，不会影响其它干涉阵列，并且可以对干涉阵列进行扩展。
值得一提的是，限于目前光刻等工艺，单一芯片尺寸有限。可以将多个芯片排布起来，构成分布式排布，并使用相同的参考光，将有效拓展干涉基线长度(图4中对角方向的黑色箭头标出最长干涉基线)。此外，本申请也会增强***的安全性，若某一芯片受损，其它芯片不受到干扰。通过更改微镜配对方案，仍将获得高质量物像。虽然图4仅示出了三行四列12个芯片，理论上x和y方向的芯片数量可以无限扩展，以满足超大口径、超长基线和超高分辨率的要求。此外，多个芯片也可按照非x和y方向根据实际需求进行芯片排布。
图5所示为本申请提供的一种干涉单元及其阵列的结构示意图，如图5所示，干涉单元221包括垂直耦合器2211、第一移相器2212、第二移相器2214和干涉部件2213；干涉单元在x,y方向周期性排布形成干涉阵列；
垂直耦合器2211与干涉部件2213通过波导连接，移相器2212通过波导连接设置于参考光单元100和干涉部件2213之间，第二移相器2214设置于干涉部件2213内，如图6所示；
具体的，如图5所示，目标物体发出的物光被微镜采集并通过垂直耦合器2211进入干涉部件2213，参考光通过第一移相器2212统一相位后进入干涉部件2213，通过第二移相器2214调整相位至预设相位(如图6中的90°)，调整相位后的参考光与物光在干涉部件2213中干涉。
数字化层230，用于将干涉单元输出的参考光与物光的干涉结果转换为模拟电信号，并将模拟电信号放大与过滤，经模数转换，最终生成所述干涉结果对应的数字化信息，利用所述参考光的已知信息从所述数字化信息中解调出目标物体数字化的物光信息。
具体的，数字化层230将每个干涉单元的干涉结果通过光探测元件转化为电模拟信号，用于表征每个微镜所代表的局域物光信息，然后对模拟电信号进行放大与噪声过滤，经模数转换，得到干涉信号的数字化信息，利用已知参考光，最终获得各个局域物光的数字化信息。
举例说明上述物光信息得到的过程：
首先，目标物体的局域物光被微镜收集并通过垂直耦合器进入波导。激光作为参考光，与每束物光进行干涉(具体干涉过程见图6)，干涉结果被光探测器转化为模拟电信号，模拟信号放大与过滤之后再进行A/D(模数)转换(未图示)，从而将干涉结果的波幅与相位信息数字化。进一步利用已知参考光，获得各个局域物光的数字化信息。为了减少干涉运算，参考光在运算前通过移相器调整并统一相位。
图6所示为基于干涉原理的物光波幅与相位测量示意图。如图6所示，将参考光R分为两束，其中一束相位增加90度，然后分别与未知物光S进行干涉。干涉结果由四根波导输出，被四个光探测器A、B、C和D探测，四个光探测器的探测结果可以由公式(1)-(4)表示。A与B构成一个平衡探测器输出探测信号：I，C与D构成另一个平衡探测器输出探测信号：Q。通过如下运算公式(1)-(8)联立解方程，可以获得未知物光S的波幅ES以及相位
光探测器能够探测到输出信号I和Q，
在测量之前利用移相器将参考光的相位统一为零，即
ER为已知，则
从而得到包括相位
和波幅ES的物光信息。
值得一提的是，物光较短的相干时间需要脉冲式相干光源作为参考光才能相互干涉。同时脉冲激光的应用还带来额外的优点，即可以得到随时间变化的数字化物光信息。单脉冲时间内的干涉信息，经数字化层进行模数转换得到数字化干涉信息，并存入微芯片(图像重构单元)的缓存层。微芯片进行数学运算得到该时间段的数字化物光信息。数字化物光信息进行两两配对及干涉运算，得到频域空间图像后再进行反傅里叶变换，从而构建出该时间段的物像。下一个脉冲激光到达后再进行新一轮的干涉、模数转换、计算和图像反演，从而得到一副随时间变化的图像。
图像重构单元300，用于根据预设的干涉基线设计方案，每个微镜的位置信息，及其采集的离散化物光对应的物光信息，重构目标物体的图像；干涉基线设计方案中包括所有两两微镜配对的干涉基线长度和方向(即干涉基线矢量)。图像重构单元300可以为专用微处理芯片。根据微镜的位置信息可以确定微镜对的干涉基线长度和方向。
具体的，图像重构单元300根据预设的干涉基线设计方案和每个微镜的位置信息，确定各个目标微镜对，目标微镜对两两干涉得到频域空间频率点的位置、强度和相位信息，构建目标物体的频域空间，并通过反傅里叶变换重构目标物体的实空间图像，得益于数字化的物光信息可被多次重复使用，所述干涉基线设计方案包括全部可能配对的干涉基线矢量。
本实施例中，图像重构单元300利用数字化信息使用次数不受限制的优点，自由设计由两个局域物光数字化信息构成的干涉基线，构建最大程度覆盖的频域空间，通过反傅里叶变换运算，重构所述目标物体的图像。
举例来说，如图3和图4所示，以某一干涉单元的物光信息为参考零点(如图3中的a11)，图像重构单元将其它任意处干涉单元的物光信息与参考零点物光信息两两配对进行干涉计算。由范西特-泽尼克定理可获得频域空间信息，经反傅里叶变换得到一副重构的图像。将参考零点遍历整个***上的干涉单元(如n个)可以得到n幅图像，最后叠加合成最终的目标物体的图像。
本申请实施例提供的数字化分布式干涉成像***，与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)频域空间覆盖率大幅度提高
跟现有技术相比，因为每个局域物光都进行了数字化，可以将任意两个物光进行配对，进而基于范西特-泽尼克定理(Van Cittert–Zernike theorem)获得频域空间相应的频率点的强度和相位信息。由于物光配对不受限制，每一个物光可以按照频域空间频率覆盖最大化设计需求多次参与配对，因此可以实现真正意义上的频域空间全覆盖。
(2)扩展性强
由于相邻的芯片(微镜阵列)都是靠参考光光纤连接，因此物理上相对独立，当添加一块新的芯片时，只需将参考光光纤或预置波导连接到该芯片参考光输入接口即可。芯片数量扩展不受限制。
(3)分布式排列安全性高
每个芯片(微镜阵列)相对独立，在芯片阵列中，单个芯片出现故障，不影响其它芯片继续工作，可以通过更改干涉基线设计方案，继续获得高质量物像。
(4)与现有硅基CMOS工艺兼容，便于大规模加工制造
以前的设计不适于低成本大规模制造，因为长基线干涉需要借助长波导，进而需要大尺寸芯片加工，与目前的主流芯片制造发展方向相反，所以制造成本将大幅提高；本申请在保证干涉基线长度任意可调的需求之下，单一芯片的尺寸可缩小至25毫米X32毫米，与主流光刻曝光工艺兼容，分布式干涉阵列中的单一干涉阵列(单一芯片)结构一致，提高了光刻掩膜版的利用率，避免了大量制版，因此可以低成本大规模制造。
(5)降低物光传输损耗
在远距离探测中，物光信号经远距离空间传输后已经非常微弱，因此要求成像探测***具有较高的灵敏度。以前的***设计长干涉基线需要借助长波导，因此微弱物光经长波导传输后损耗进一步增大，给信号探测带来极大挑战；本申请物光配对干涉是由数字化的物光信息运算完成，无需借助波导的长距离传输；物光信号的数字化过程仅需局域的短距离波导传输，可以保证较强的物光信号，从而获得准确的数字化信号及清晰的图像。
需要说明的是：
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本申请的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种数字化分布式干涉成像***，其特征在于，包括：参考光单元、物光信息采集单元以及图像重构单元；所述物光信息采集单元包括微镜层、波导层和数字化层；
所述参考光单元，用于发射相干参考光；
所述微镜层，包括多个微镜，多个微镜构成多个微镜阵列，多个微镜阵列呈分布式排布，用于离散式采集目标物体的物光；
所述波导层，包括多个干涉单元，多个干涉单元构成多个干涉单元阵列，多个干涉单元阵列呈分布式排布，并与多个微镜一一对应设置，多个干涉单元均与所述参考光单元通过波导连接，参考光与物光在干涉单元中干涉；
所述数字化层，用于将干涉单元输出的参考光与物光的干涉结果转换为模拟电信号，并将模拟电信号放大与过滤，经模数转换，最终生成所述干涉结果对应的数字化信息，利用所述参考光的已知信息从所述数字化信息中解调出目标物体数字化的物光信息；
所述图像重构单元，用于根据预设的干涉基线设计方案，每个微镜的位置信息，及其采集的离散化物光对应的物光信息，重构目标物体的图像；所述干涉基线设计方案中包括所有两两微镜配对形成的干涉基线矢量。
2.根据权利要求1所述的数字化分布式干涉成像***，其特征在于，所述波导层包括多个干涉单元阵列，每个干涉单元阵列包括多个干涉单元，每个干涉单元阵列分别通过波导或光纤与所述参考光单元连接。
3.根据权利要求2所述的数字化分布式干涉成像***，其特征在于，所述干涉单元包括垂直耦合器、第一移相器、第二移相器和干涉部件；
所述垂直耦合器与所述干涉部件通过波导连接，所述第一移相器设置于所述参考光单元和所述干涉部件之间，所述第二移相器设置于所述干涉部件内；
物光被微镜采集并通过垂直耦合器进入干涉部件，参考光通过第一移相器统一相位后进入干涉部件，通过第二移相器调整相位至预设相位，调整相位后的参考光与物光在干涉部件中干涉。
4.根据权利要求1所述的数字化分布式干涉成像***，其特征在于，所述数字化层包括多个光探测部件、模拟电信号处理电路、以及模拟/数字转换电路；其中，多个光探测部件呈分布式排布，并与多个干涉单元一一对应设置；
所述光探测部件，用于探测对应干涉单元中的干涉结果，将所述干涉结果转化为模拟电信号；
所述模拟电信号处理电路，用于将每一个光探测部件输出的模拟电信号进行信号放大和噪音过滤处理；
所述模拟/数字转换电路，将处理过的模拟电信号转换为数字信号，得到所述干涉结果对应的数字化信息。
5.根据权利要求1所述的数字化分布式干涉成像***，其特征在于，所述参考光单元为相干光源，所述相干光源为脉冲激光、光梳或间隔出光的连续激光。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的数字化分布式干涉成像***，其特征在于，所述物光信息包括波幅信息和相位信息。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110038335.2A CN112857410B (zh) | 2021-01-12 | 2021-01-12 | 一种数字化分布式干涉成像*** |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110038335.2A CN112857410B (zh) | 2021-01-12 | 2021-01-12 | 一种数字化分布式干涉成像*** |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112857410A true CN112857410A (zh) | 2021-05-28 |
| CN112857410B CN112857410B (zh) | 2022-11-04 |
Family
ID=76002982
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110038335.2A Active CN112857410B (zh) | 2021-01-12 | 2021-01-12 | 一种数字化分布式干涉成像*** |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112857410B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115046476A (zh) * | 2022-06-08 | 2022-09-13 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种稀疏孔径望远镜边缘传感方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN207264109U (zh) * | 2016-09-28 | 2018-04-20 | 华南师范大学 | 一种安全的压缩全息成像*** |
| CN110307781A (zh) * | 2019-05-28 | 2019-10-08 | 中国科学院微电子研究所 | 干涉成像*** |
| WO2020062406A1 (zh) * | 2018-09-30 | 2020-04-02 | 深圳市太赫兹科技创新研究院 | 基于数字微镜设备的光学相干层析成像装置及成像方法 |
| CN110954966A (zh) * | 2019-12-06 | 2020-04-03 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 基于超透镜阵列的平面光电探测*** |
| CN111458044A (zh) * | 2020-05-28 | 2020-07-28 | 中国工程物理研究院流体物理研究所 | 基于快照光谱成像技术的瞬态温度测量装置和方法 |
-
2021
- 2021-01-12 CN CN202110038335.2A patent/CN112857410B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN207264109U (zh) * | 2016-09-28 | 2018-04-20 | 华南师范大学 | 一种安全的压缩全息成像*** |
| WO2020062406A1 (zh) * | 2018-09-30 | 2020-04-02 | 深圳市太赫兹科技创新研究院 | 基于数字微镜设备的光学相干层析成像装置及成像方法 |
| CN110307781A (zh) * | 2019-05-28 | 2019-10-08 | 中国科学院微电子研究所 | 干涉成像*** |
| CN110954966A (zh) * | 2019-12-06 | 2020-04-03 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 基于超透镜阵列的平面光电探测*** |
| CN111458044A (zh) * | 2020-05-28 | 2020-07-28 | 中国工程物理研究院流体物理研究所 | 基于快照光谱成像技术的瞬态温度测量装置和方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 刘韬: "美国天基微透镜阵列干涉光学成像技术发展初探", 《国际太空》 * |
| 吕金光等: "基于多级微镜的傅里叶变换成像光谱仪干涉成像***分析与设计", 《光谱学与光谱分析》 * |
| 潘锋等: "基于光纤导光的数字全息微形变测量***", 《现代电子技术》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115046476A (zh) * | 2022-06-08 | 2022-09-13 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种稀疏孔径望远镜边缘传感方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112857410B (zh) | 2022-11-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10429665B2 (en) | Illumination apparatus optimized for synthetic aperture optics imaging using minimum selective excitation patterns | |
| CN100498421C (zh) | 利用微透镜或微棱镜阵列进行扫描的光学相干层析*** | |
| CN110687518B (zh) | 一种片上集成平衡探测接收***和方法 | |
| Abouraddy et al. | Large-scale optical-field measurements with geometric fibre constructs | |
| CN103398729B (zh) | 一种基于压缩感知的稀疏孔径成像***及方法 | |
| CN102449454A (zh) | 波前成像传感器 | |
| US20170038481A1 (en) | Photonic-channeled x-ray detector array | |
| CN112946789B (zh) | 一种基于超透镜阵列与光子集成芯片干涉平板成像*** | |
| CN104019898B (zh) | 一种超灵敏光谱成像天文望远镜及天文光谱成像方法 | |
| CN101782457B (zh) | 一种测量调制传递函数的装置及方法 | |
| CN102967380A (zh) | 一种基于单元光敏探测器阵列的哈特曼波前传感器 | |
| CN112857410B (zh) | 一种数字化分布式干涉成像*** | |
| CN101806625A (zh) | 静态傅立叶变换干涉成像光谱全偏振探测装置 | |
| JP3245135B2 (ja) | 光計測装置 | |
| CN102650547B (zh) | 非制冷红外成像***微透镜阵列光学读出方法 | |
| CN104655029B (zh) | 一种位相增强型薄膜厚度测量方法和*** | |
| CN106840008A (zh) | 一种光纤间距测量***及测量方法 | |
| CN104568151A (zh) | 一种基于对称楔形干涉腔的高光谱全偏振成像装置及方法 | |
| CN114486746B (zh) | 基于压缩感知的高分辨率光子集成成像***及成像方法 | |
| CN101782433A (zh) | 静态全光干涉成像光谱全偏振探测方法 | |
| CN113126205B (zh) | 一种基于光开关的分段式平面成像***及方法 | |
| CN105652285B (zh) | 直视合成孔径激光成像雷达本振增强接收装置 | |
| CN115031630A (zh) | 一种光频梳色散干涉的平面位姿测量装置及测量方法 | |
| Brown et al. | Interferometry-based astronomical imaging using nonlocal interference with single-photon states | |
| KR102617662B1 (ko) | 고화질로 전자기파를 분석하기 위한 방법 및 장치 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |