CN115517633B - 成像装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种成像装置，该装置包括收发调制组件、光纤组件和信号处理组件；收发调制组件连接光纤组件，光纤组件连接信号处理组件；收发调制组件用于向被测物发射第一电场脉冲，接收被测物反射的第二电场脉冲，以及用于将第二电场脉冲转换为微波调制光信号，并通过光纤组件将微波调制光信号传输至信号处理组件；信号处理组件用于基于微波调制光信号确定被测物的微波图像。如此，本公开避免了现有方案***号受到电磁干扰，微波调制光信号在传输的过程中不会受到色散、干扰等影响而产生较大的失真，因此不会导致波形畸变，避免了对成像结果产生影响。

Description

成像装置

技术领域

本公开涉及成像技术领域，具体涉及一种成像装置。

背景技术

超宽带微波和激光脉冲可用于微波近场成像和拉曼光谱检测。微波近场成像通过产生具有极宽带宽的皮秒级电场脉冲对人体辐射脉冲信号，并记录散射场的波程差、散射参数等信息，对成像目标和区域进行距离和图像反演。然而由于超宽带窄脉冲不具有干涉效应，在生物组织中能量散失较快，因而对微弱散射场信号进行无失真探测，是目前微波成像面临的难点。

传统的收发机***通常采用超外差或零中频架构，通过收发开关切换来对微波信号进行处理，因而其在接收灵敏度、带宽、噪声抑制、抗干扰性等方面始终面临着挑战，且难以实现对宽带时域波形的直接测量。在单点扫描成像***中，控制位移或角度扫描的步进电机或振镜通常会在传输电缆上产生较大的电磁干扰，有时这些噪声信号甚至会直接混杂在有用信号上并干扰到后续的数字处理电路，大大增加了信号提取的难度。在一些特殊的场合，如带有大功率发射源的微波成像，或放射性治疗时对肿瘤细胞进行实时监测，均需要把数字电路与工作环境进行隔离。此时需要把数字电路与大功率电路以及放射源在距离上分开，再对采集信号进行长距离传输。但超宽带窄脉冲电信号在阵列传感器的长距离馈电传输过程中，由于色散、干扰等影响会产生较大的失真，从而导致波形畸变。综上所述，现有技术方案在抗电磁干扰方面存在较大的缺陷。

发明内容

为了解决上述技术问题或至少部分解决上述技术问题，本公开提供了一种成像装置。

本公开提供了一种成像装置，所述装置包括：

收发调制组件、光纤组件和信号处理组件；

所述收发调制组件连接所述光纤组件，所述光纤组件连接所述信号处理组件；

所述收发调制组件用于向被测物发射第一电场脉冲，接收所述被测物反射的第二电场脉冲，以及用于将所述第二电场脉冲转换为微波调制光信号，并通过所述光纤组件将所述微波调制光信号传输至所述信号处理组件；

所述信号处理组件用于基于所述微波调制光信号确定所述被测物的微波图像。

可选地，所述收发调制组件包括电场脉冲收发子组件和电光调制子组件；

所述电场脉冲收发子组件连接所述电光调制子组件，所述电光调制子组件连接所述光纤组件；

所述电场脉冲收发子组件用于向被测物发射所述第一电场脉冲，以及接收所述第二电场脉冲，并且将所述第二电场脉冲传输至所述电光调制子组件；

所述电光调制子组件用于将所述第二电场脉冲转换为所述微波调制光信号，并通过所述光纤组件将所述微波调制光信号传输至所述信号处理组件。

可选地，所述光纤组件包括第一光纤、第二光纤和光纤耦合器；

所述第一光纤连接在所述电光调制子组件和所述光纤耦合器之间，所述第二光纤连接在所述光纤耦合器和所述信号处理组件之间；

所述光纤耦合器用于将所述电光调制子组件通过所述第一光纤传输的所述微波调制光信号进行耦合，并通过所述第二光纤传输至所述信号处理组件。

可选地，所述电光调制子组件包括宽带跨导放大器、恒流偏置器和第一激光二极管；

所述宽带跨导放大器一端连接所述电场脉冲收发子组件，另一端连接所述恒流偏置器，所述恒流偏置器连接所述第一激光二极管，所述第一激光二极管连接所述第一光纤；

所述宽带跨导放大器用于将所述电场脉冲对应的电压信号转换为电流信号，并通过所述恒流偏置器传输至所述第一激光二极管；

所述恒流偏置器用于为所述第一激光二极管提供偏置电流；

所述第一激光二极管用于将所述电流信号转换为所述微波调制光信号，并将所述微波调制光信号通过所述第一光纤传输至所述光纤耦合器。

可选地，所述信号处理组件包括光纤光栅、衰减器、单光子探测器和控制器；

所述光纤光栅一端连接所述第二光纤，另一端连接所述衰减器，所述衰减器连接所述单光子探测器，所述单光子探测器连接所述控制器；

所述光纤光栅用于将不同波长的所述微波调制光信号进行区分，并传输至所述衰减器；

所述衰减器用于将所述微波调制光信号衰减为单光子量级；

所述单光子探测器用于对所述微波调制光信号的光谱进行分析，获得分析结果；

所述控制器用于基于所述分析结果确定所述被测物的微波图像。

可选地，所述电场脉冲收发子组件包括储能装置、光电导开关、定向耦合器、第一环形器和超宽带天线；

所述储能装置连接所述光电导开关，所述定向耦合器包括第一端口和第二端口，所述光电导开关连接所述定向耦合器的所述第一端口，所述定向耦合器的所述第二端口连接所述第一环形器，所述第一环形器一端连接所述超宽带天线，另一端连接所述电光调制子组件；

所述储能装置用于储存电场能量；

所述光电导开关用于控制所述储能装置输出所述电场能量，所述光电导开关还用于通过所述第一端口向所述定向耦合器输出所述第一电场脉冲；

所述定向耦合器用于通过所述第二端口将所述第一电场脉冲传输至所述第一环形器；

所述第一环形器用于将所述第一电场脉冲传输至所述超宽带天线，以及接收所述超宽带天线传输的所述第二电场脉冲，并将所述第二电场脉冲传输至所述电光调制子组件，所述第一环形器还用于隔离所述第一电场脉冲和所述第二电场脉冲；

所述超宽带天线用于向所述被测物发射所述第一电场脉冲，以及接收所述被测物反射的所述第二电场脉冲。

可选地，所述电场脉冲收发子组件还包括第二环形器和隔离电阻；所述定向耦合器还包括第三端口和第四端口；

所述第二环形器设置于所述第一环形器和所述电光调制子组件之间；

所述定向耦合器的所述第三端口连接所述隔离电阻，所述定向耦合器的所述第四端口连接所述第二环形器；

所述定向耦合器还用于通过所述第四端口向所述第二环形器发送所述第一电场脉冲对应的脉冲波形采样信号；

所述第二环形器用于接收所述第二电场脉冲和所述脉冲波形采样信号，并且将所述第二电场脉冲和所述脉冲波形采样信号传输至所述电光调制子组件，所述第二环形器还用于隔离所述第二电场脉冲和所述脉冲波形采样信号。

可选地，所述装置还包括电场脉冲控制组件；所述光纤组件还包括第三光纤和第四光纤；

所述电场脉冲控制组件一端连接所述控制器，另一端通过所述第三光纤连接至所述光纤耦合器，所述第四光纤连接在所述光纤耦合器和所述光电导开关之间；

所述电场脉冲控制组件用于基于所述控制器的控制指令生成激光脉冲,并且通过所述第三光纤传输至所述光纤耦合器；

所述光纤耦合器还用于基于所述激光脉冲生成第一激发光，并且通过所述第四光纤传输至所述光电导开关；

所述光电导开关还用于基于所述第一激发光控制所述储能装置输出所述电场能量。

可选地，所述电场脉冲控制组件包括短脉冲激光驱动器和第二激光二极管；

所述短脉冲激光驱动器一端连接所述控制器，另一端连接所述第二激光二极管，所述第二激光二极管通过所述第三光纤连接至所述光纤耦合器；

所述短脉冲激光驱动器用于基于所述控制指令生成脉冲激光，并传输至所述第二激光二极管；

所述第二激光二极管用于基于所述脉冲激光生成所述激光脉冲。

可选地，所述信号处理组件还包括时间数字转换器；

所述时间数字转换器连接在所述单光子探测器和所述控制器之间；

所述时间数字转换器用于确定所述脉冲激光的生成时间以及所述微波调制光信号的接收时间，所述控制器还用于基于所述生成时间、所述接收时间和所述分析结果确定所述被测物的微波图像。

可选地，所述装置还包括拉曼光共聚焦光路组件；所述光纤组件还包括第五光纤；

所述拉曼光共聚焦光路组件通过所述第五光纤连接至所述光纤耦合器；

所述光纤耦合器还用于基于所述激光脉冲生成第二激发光，并且通过所述第五光纤传输至所述拉曼光共聚焦光路组件；

所述拉曼光共聚焦光路组件用于基于所述第二激发光向所述被测物发射第一拉曼激发光，以及接收所述被测物反射的第二拉曼激发光，并将所述第二拉曼激发光通过所述第五光纤传输至所述光纤耦合器；

所述光纤耦合器还用于将所述第二拉曼激发光通过所述第二光纤传输至所述信号处理组件；

所述信号处理组件还用于基于所述第二拉曼激发光确定所述被测物的拉曼图像。

本公开提供的成像装置包括收发调制组件、光纤组件和信号处理组件；收发调制组件连接光纤组件，光纤组件连接信号处理组件；收发调制组件用于向被测物发射第一电场脉冲，接收被测物反射的第二电场脉冲，以及用于将第二电场脉冲转换为微波调制光信号，并通过光纤组件将微波调制光信号传输至信号处理组件；信号处理组件用于基于微波调制光信号确定被测物的微波图像。如此，本公开实施例实际上将用于确定被测物的电场脉冲转换为微波调制光信号并且使用光纤进行传输，并根据微波调制光信号确定被测物的微波图像，因此避免了现有方案***号受到电磁干扰，微波调制光信号在传输的过程中不会受到色散、干扰等影响而产生较大的失真，因此不会导致波形畸变，避免了对成像结果产生影响。

附图说明

图1为本公开提供的第一种成像装置结构示意图；

图2为本公开提供的第二种成像装置结构示意图；

图3为本公开提供的第三种成像装置结构示意图；

图4为本公开提供的第四种成像装置结构示意图；

图5为本公开提供的第五种成像装置结构示意图；

图6为本公开提供的第六种成像装置结构示意图；

图7为本公开提供的第七种成像装置结构示意图；

图8为本公开提供的第八种成像装置结构示意图；

图9为本公开提供的第九种成像装置结构示意图；

图10为本公开提供的第十种成像装置结构示意图；

图11为本公开提供的第十一种成像装置结构示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。

下面结合附图对本公开实施例提供的成像装置做出示例性说明。

图1为本公开提供的第一种成像装置结构示意图，装置包括：

收发调制组件11、光纤组件12和信号处理组件13；收发调制组件11连接光纤组件12，光纤组件12连接信号处理组件13；收发调制组件11用于向被测物14发射第一电场脉冲，接收被测物14反射的第二电场脉冲，以及用于将第二电场脉冲转换为微波调制光信号，并通过光纤组件12将微波调制光信号传输至信号处理组件13；信号处理组件13用于基于微波调制光信号确定被测物14的微波图像。

具体地，收发调制组件11表示用于发射第一电场脉冲、接收第二电场脉冲以及将电场脉冲信号转换为微波调制光信号的装置，信号处理组件13表示用于对微波调制光信号进行处理，确定微波图像的组件，光纤组件12表示用于对微波调制光信号进行传输的装置，其可以包括光纤以及与光纤相关的器件。现有方案中同样通过电场脉冲确定微波图像，但是在某些场景中需要进行远距离传输，而在远距离传输的过程中，电场脉冲信号受到外界的影响较大，会导致电场脉冲信号失真，影响成像，而本方案中在接收到第二电场脉冲后，通过收发调制组件11将第二电场脉冲转换为微波调制光信号，与电场脉冲信号相比，微波调制光信号在通过光纤组件12进行远距离传输的情况下，受到的电磁干扰影响更小，甚至不受影响，因此不会导致信号失真造成影响成像。需要说明的是，虽然上述方案中强调远距离传输时微波调制光信号不受影响，但同样可以理解的是，在近距离传输时微波调制光信号同样不会受到电磁干扰的影响。在转换为微波调制光信号后，信号的波形不会发生变化，信号处理组件13可以根据微波调制光信号确定被测物的微波图像，该方法可以是本领域技术人员熟知的任一方法，在此不做出限制。

如此，本公开实施例实际上将用于确定被测物14的电场脉冲（即第二电场脉冲）转换为微波调制光信号并且使用光纤进行传输，并根据微波调制光信号确定被测物的微波图像，因此避免了现有方案***号受到电磁干扰，微波调制光信号在传输的过程中不会受到色散、干扰等影响而产生较大的失真，因此不会导致波形畸变，避免了对成像结果产生影响。

图2为本公开提供的第二种成像装置结构示意图，参阅图2，在一些实施例中，收发调制组件11包括电场脉冲收发子组件111和电光调制子组件112；电场脉冲收发子组件111连接电光调制子组件112，电光调制子组件112连接光纤组件12；电场脉冲收发子组件111用于向被测物14发射第一电场脉冲，以及接收第二电场脉冲，并且将第二电场脉冲传输至电光调制子组件112；电光调制子组件112用于将第二电场脉冲转换为微波调制光信号，并通过光纤组件12将微波调制光信号传输至信号处理组件13。

具体地，电场脉冲收发子组件111表示上述收发调制组件11中专用于发射和接收电场脉冲的组件，电光调制子组件112表示上收发调制组件11中专用于将电场脉冲对应的电信号转换为光信号的组件。

通过上述设置，可以将电信号转换为光信号，进而可以通过光纤组件12进行传输，有利于降低传输过程中电磁干扰的影响。

图3为本公开提供的第三种成像装置结构示意图，参阅图3，在一些实施例中，光纤组件12包括第一光纤121、第二光纤122和光纤耦合器123；

第一光纤121连接在电光调制子组件112和光纤耦合器123之间，第二光纤122连接在光纤耦合器123和信号处理组件13之间；

光纤耦合器123用于将电光调制子组件112通过第一光纤121传输的微波调制光信号进行耦合，并通过第二光纤122传输至信号处理组件13。

具体地，当电光调制组件112将第二电场脉冲转换为微波调制光信号后，可以通过第一光纤121进行传输。在实际场景中，可能设置多组电场脉冲收发子组件，因此第二电场脉冲可能包括多个，因此转换成的微波调制光信号也包括多个，进而可以通过光纤耦合器123对多个微波调制光信号进行耦合，再通过第二光纤122远距离传输至信号处理组件13。在一些实施例中，第一光纤121可以是单模光纤，第二光纤122可以是多模光纤。

通过上述装置，可以对微波调制光信号进行远距离传输，并且不会受到电磁干扰。

图4为本公开提供的第四种成像装置结构示意图，参阅图4，在一些实施例中，电光调制子组件112包括宽带跨导放大器1121、恒流偏置器1122和第一激光二极管1123；宽带跨导放大器1121一端连接电场脉冲收发子组件111，另一端连接恒流偏置器1122，恒流偏置器1122连接第一激光二极管1123，第一激光二极管1123连接第一光纤121；宽带跨导放大器1121用于将电场脉冲对应的电压信号转换为电流信号，并通过恒流偏置器1122传输至第一激光二极管1123；恒流偏置器1122用于为第一激光二极管1123提供偏置电流；第一激光二极管1123用于将电流信号转换为微波调制光信号，并将微波调制光信号通过第一光纤121传输至光纤耦合器123。

具体地，电场脉冲收发子组件111传输至电光调制子组件112的是电信号，并且是电压信号，因此可以首先通过宽带跨导放大器1121将电压信号转换为电流信号，并且并传输至恒流偏置器1122；恒流偏置器1122用于为第一激光二极管1123提供偏置电流，在正常情况下，第一激光二极管存在一定的偏置电流，即在偏置电流达到一定程度时，第一激光二极管才可以将电流信号转换为微波调制光信号，而实际场景中，电流信号可能很小，因此第一激光二极管1123可能由于电流信号过小无法将其转换为光信号，通过恒流偏置器1122的作用，可以使第一激光二极管1123将很小的电流信号转换为微波调制光信号，有利于提升成像的准确度或清晰度。在一些实施例中，第一激光二极管1123可以是高速激光二极管。同时，该电光调制组件112仅由上述三个器件构成，结构简单，简化光路设计，有利利用半导体工艺实现全固态集成，有利于降低成本。

图5为本公开提供的第五种成像装置结构示意图，参阅图5，在一些实施例中，信号处理组件13包括光纤光栅131、衰减器132、单光子探测器133和控制器134；

光纤光栅131一端连接第二光纤122，另一端连接衰减器132，衰减器132连接单光子探测器133，单光子探测器133连接控制器134；

光纤光栅131用于将不同波长的微波调制光信号进行区分，并传输至衰减器132；

衰减器132用于将微波调制光信号衰减为单光子量级；

单光子探测器133用于对微波调制光信号的光谱进行分析，获得分析结果；

控制器134用于基于分析结果确定被测物14的微波图像。

具体地，光纤光栅131表示基于光纤形成的光栅；在一些场景中，微波调制光信号包括不同的波长，而通过光纤光栅131可以将不同波长的微波调制光信号区分开。在一些场景中，单光子探测器133需要接收到单光子量级的微波调制光信号，而传输到信号处理组件13中的微波调制光信号有可能是单光子量级，也有可能是非单光子量级，因此可以通过衰减器将微波调制光信号衰减到单光子量级，并分配到特定的单光子探测器像素上，进行分析，获得分析结果。单光子探测器可以采用单光子雪崩二极管（SPAD），其暗计数率小于250cps（计数每秒），时间抖动约为60ps（时间单位：皮秒），对应所能探测的信号带宽约为10GHz，用以满足超宽带需求。控制器134用于根据分析结果确定微波图像。

图6为本公开提供的第六种成像装置结构示意图，参阅图6，在一些实施例中，电场脉冲收发子组件111包括储能装置1111、光电导开关1112、定向耦合器1113、第一环形器1114和超宽带天线1115；

储能装置1111连接光电导开关1112，定向耦合器1113包括第一端口和第二端口，光电导开关1112连接定向耦合器1113的第一端口，定向耦合器1113的第二端口连接第一环形器1114，第一环形器1114一端连接超宽带天线1115，另一端连接电光调制子组件112；

储能装置1111用于储存电场能量；

光电导开关1112用于控制储能装置1111输出电场能量，光电导开关1112还用于通过第一端口向定向耦合器1113输出第一电场脉冲；

定向耦合器1113用于通过第二端口将第一电场脉冲传输至第一环形器1114；

第一环形器1114用于将第一电场脉冲传输至超宽带天线1115，以及接收超宽带天线1115传输的第二电场脉冲，并将第二电场脉冲传输至电光调制子组件112，第一环形器1114还用于隔离第一电场脉冲和第二电场脉冲；

超宽带天线1115用于向被测物14发射第一电场脉冲，以及接收被测物14反射的第二电场脉冲。

具体地，储能装置1111表示用于储存电能的装置，其可能是电池等等；光电导开关1112表示用于控制储能装置1111的装置；定向耦合器1113表示用于定向耦合的器件，其可以将第一电场脉冲传输至第一环形器1114；第一环形器1114可以将第一电场脉冲和第二电场脉冲相互隔离；超宽带天线1115表示用于发射和接收电场脉冲的装置，其可以是超宽带脉冲天线，例如Valentine行波天线，具有高功率容量、高波形保真度等优点。

图7为本公开提供的第七种成像装置结构示意图，参阅图7，在一些实施例中，电场脉冲收发子组件111还包括第二环形器1116和隔离电阻1117；定向耦合器1113还包括第三端口和第四端口；

第二环形器1116设置于第一环形器1114和电光调制子组件112之间；

定向耦合器1113的第三端口连接隔离电阻1117，定向耦合器1113的第四端口连接第二环形器1116；

定向耦合器1113还用于通过第四端口向第二环形器1116发送第一电场脉冲对应的脉冲波形采样信号；

第二环形器1116用于接收第二电场脉冲和脉冲波形采样信号，并且将第二电场脉冲和脉冲波形采样信号传输至电光调制子组件112，第二环形器1116还用于隔离第二电场脉冲和脉冲波形采样信号。

具体地，定向耦合器1113在通过第二端口将第一电场脉冲传输至第一环形器1114时，同步地通过第四端口向第二环形器1116输入脉冲波形采样信号，同样经过电光调制子组件112转换为微波调制光信号，该脉冲波形采样信号用于对第二脉冲信号进行校准，使得最终成像更准确。此外，第二电场脉冲和脉冲波形采样信号均通过同一条通路传输至处理器134，可以实现对于第一电场脉冲的波形的同步检测与校准，而无需收发开关切换，提高了空间利用率。

隔离电阻可以是一个阻值为50Ω（阻值单位：欧姆）的电阻，也可以连接其他需要的器件，在此不作限定。

图8为本公开提供的第八种成像装置结构示意图，参阅图8，在一些实施例中，装置还包括电场脉冲控制组件15；光纤组件12还包括第三光纤124和第四光纤125；电场脉冲控制组件15一端连接控制器134，另一端通过第三光纤124连接至光纤耦合器123，第四光纤125连接在光纤耦合器123和光电导开关1112之间；电场脉冲控制组件15用于基于控制器134的控制指令生成激光脉冲,并且通过第三光纤124传输至光纤耦合器123；光纤耦合器123还用于基于激光脉冲生成第一激发光，并且通过第四光纤125传输至光电导开关1112；光电导开关1112还用于基于第一激发光控制储能装置1111输出电场能量。

具体地，电场脉冲控制组件可以基于控制器134的指令生成激光脉冲，例如皮秒激光脉冲，皮秒激光脉冲（即上述第一激发光）通过第三光纤124进行长距离传输，经过光纤耦合器123，并进一步通过第四光纤125传输至光电导开关1112并作为光电导开关1112的开关触发信号。在一些实施例中，激光脉冲触发光电导开关1112，瞬间输出储能装置1111的电场能量。输出第一电场脉冲的脉宽取决于开关触发信号的持续时间，可达到皮秒级。在一些实施例中，第三光纤124和第四光纤125可以是单模光纤。

通过上述装置，可以准确地控制产生第一电场脉冲。

图9为本公开提供的第九种成像装置结构示意图，参阅图9，在一些实施例中，电场脉冲控制组件15包括短脉冲激光控制器151和第二激光二极管152；短脉冲激光控制器151一端连接控制器134，另一端连接第二激光二极管152，第二激光二极管152通过第三光纤124连接至光纤耦合器123；短脉冲激光控制器151用于基于控制指令生成脉冲激光，并传输至第二激光二极管152；第二激光二极管152用于基于脉冲激光生成激光脉冲。

具体地，控制器134触发信号驱动短脉冲激光控制器151产生皮秒脉冲激光，短脉冲激光控制器151可以激励第二激光二极管152产生皮秒激光脉冲。第二激光控制器可以是窄线宽高速激光二极管。

图10为本公开提供的第十种成像装置结构示意图，参阅图10，在一些实施例中，信号处理组件13还包括时间数字转换器135；

时间数字转换器135连接在单光子探测器133和控制器134之间；

时间数字转换器135用于确定脉冲激光的生成时间以及微波调制光信号的接收时间，控制器134还用于基于生成时间、接收时间和分析结果确定被测物14的微波图像。

具体地，在一些实施例中，对于确定被测物图像的过程可以是分为多个时间周期的。就一个周期而言，实际上是在短脉冲激光控制器151产生皮秒脉冲激光后，可以作为“开始”信号，而在单光子探测器133向控制器134输出分析结果（例如单光子信号）后，作为“停止信号”，在一个周期内每个单光子信号均为一次停止信号，因此在一个测量周期内可以包含一个开始信号和多个停止信号，时间数字转换器135可以确定生成时间以及接收时间，使得控制器134可以基于分析结果（例如单光子信号）、生成时间和接收时间确定微波图像。在一些实施例中，单光子探测器133输出单光子信号后，还可以通过图10中的放大器136进行放大，以及通过比较器137进行整形，在此不作赘述。

图11为本公开提供的第十一种成像装置结构示意图，参阅图11，在一些实施例中，装置还包括拉曼光共聚焦光路组件16；光纤组件12还包括第五光纤126；

拉曼光共聚焦光路组件16通过第五光纤126连接至光纤耦合器123；

光纤耦合器123还用于基于激光脉冲生成第二激发光，并且通过第五光纤126传输至拉曼光共聚焦光路组件16；

拉曼光共聚焦光路组件16用于基于第二激发光向被测物14发射第一拉曼激发光，以及接收被测物14反射的第二拉曼激发光，并将第二拉曼激发光通过第五光纤126传输至光纤耦合器123；

光纤耦合器123还用于将第二拉曼激发光通过第二光纤122传输至信号处理组件13；

信号处理组件13还用于基于第二拉曼激发光确定被测物14的拉曼图像。

具体地，本公开实施例中的成像装置在确定微波图像之外，还可以同步确定拉曼图像，可以参照上述图9以及其对应的实施例，短脉冲激光控制器151在产生皮秒脉冲激光后，激励第二激光二极管152产生皮秒激光脉冲，皮秒激光脉冲通过第三光纤124传输至光纤耦合器123，光纤耦合器123可以将皮秒激光脉冲分为两路激光脉冲，一路（即上述第一激发光）通过第四光纤125传输至光电导开关1112以作为光电导开关1112的开关触发信号，另一路（即上述第二激发光）可以通过第五光纤126传输至拉曼光共聚焦光路组件16，拉曼光共聚焦光路组件16基于激光脉冲向被测物14发射第一拉曼激发光，并接收被测物14反射的第二拉曼激发光，并且通过第五光纤传输至光纤耦合器123；第五光纤126可以是多模光纤。第二拉曼激发光传输至光纤耦合器123后，同样通过光纤耦合器123的耦合后进行远距离传输，传输至信号处理组件13以确定被测物的拉曼图像，基于上述装置，可以实现通过同一装置同时确定被测物的微波图像和拉曼图像。

在一些实施例中，第二拉曼激发光可以是皮秒级拉曼光信号，拉曼光信号与微波调制光信号共用第二光纤122；拉曼光信号同样通过光纤光栅131区分不同波长的光信号，并经过衰减器132衰减至单光子量级，并分布至单光子探测器133的不同像素区域，并通过时间数字转换器135对单光子信号进行采集和处理，从而实现微波与拉曼双模成像。

在一些实施例中，时间数字转换器135可以是高分辨率多路时间数字转换器，其每一路的精度小于30ps，分辨率小于50ps，可以覆盖最大带宽到皮秒脉冲时域波形测量。该方案可以在同一个控制器134上实现不少于128路时间数字转换器的同时采集并完成信号处理，具有搞笑的资源利用率以及结构紧凑性。在一些实施中，光纤光栅131的作用也可以是将拉曼光信号和微波调制光信号进行分离。在一些实施例中，采样信号和第二电场脉冲共用一个单光子探测器133的像素以及同一路时间数字转换器，其单光子信号统计分布在时间上错开。拉曼光信号通过光纤光栅131分布到不同的单光子探测器133的像素区域，以及多路时间数字转换器，其单光子信号统计分布在空间上错开。在一些实施例中，还可以设置多个单光子探测器形成单光子探测器阵列，以及设置多个电场脉冲收发子组件111，结合多路电场脉冲收发子组件111和单光子探测器阵列，可以同步获得收发信号（即第一电场脉冲和第二电场脉冲对应的微波调制光信号、第一拉曼激发光和第二拉曼激发光）的时域波形、被测物14的空间位置、散射场的空间分布、拉曼光谱与荧光光谱等信息。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种成像装置，其特征在于，所述装置包括：

收发调制组件、光纤组件和信号处理组件；

所述收发调制组件连接所述光纤组件，所述光纤组件连接所述信号处理组件；

所述收发调制组件用于向被测物发射第一电场脉冲，接收所述被测物反射的第二电场脉冲，以及用于将所述第二电场脉冲转换为微波调制光信号，并通过所述光纤组件将所述微波调制光信号传输至所述信号处理组件；

所述信号处理组件用于基于所述微波调制光信号确定所述被测物的微波图像；

所述收发调制组件包括电场脉冲收发子组件和电光调制子组件；

所述电场脉冲收发子组件连接所述电光调制子组件，所述电光调制子组件连接所述光纤组件；

所述电场脉冲收发子组件用于向被测物发射所述第一电场脉冲，以及接收所述第二电场脉冲，并且将所述第二电场脉冲传输至所述电光调制子组件；

所述电光调制子组件用于将所述第二电场脉冲转换为所述微波调制光信号，并通过所述光纤组件将所述微波调制光信号传输至所述信号处理组件。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光纤组件包括第一光纤、第二光纤和光纤耦合器；

所述第一光纤连接在所述电光调制子组件和所述光纤耦合器之间，所述第二光纤连接在所述光纤耦合器和所述信号处理组件之间；

所述光纤耦合器用于将所述电光调制子组件通过所述第一光纤传输的所述微波调制光信号进行耦合，并通过所述第二光纤传输至所述信号处理组件。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述电光调制子组件包括宽带跨导放大器、恒流偏置器和第一激光二极管；

所述宽带跨导放大器一端连接所述电场脉冲收发子组件，另一端连接所述恒流偏置器，所述恒流偏置器连接所述第一激光二极管，所述第一激光二极管连接所述第一光纤；

所述宽带跨导放大器用于将所述电场脉冲对应的电压信号转换为电流信号，并通过所述恒流偏置器传输至所述第一激光二极管；

所述恒流偏置器用于为所述第一激光二极管提供偏置电流；

所述第一激光二极管用于将所述电流信号转换为所述微波调制光信号，并将所述微波调制光信号通过所述第一光纤传输至所述光纤耦合器。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述信号处理组件包括光纤光栅、衰减器、单光子探测器和控制器；

所述光纤光栅一端连接所述第二光纤，另一端连接所述衰减器，所述衰减器连接所述单光子探测器，所述单光子探测器连接所述控制器；

所述光纤光栅用于将不同波长的所述微波调制光信号进行区分，并传输至所述衰减器；

所述衰减器用于将所述微波调制光信号衰减为单光子量级；

所述单光子探测器用于对所述微波调制光信号的光谱进行分析，获得分析结果；

所述控制器用于基于所述分析结果确定所述被测物的微波图像。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述电场脉冲收发子组件包括储能装置、光电导开关、定向耦合器、第一环形器和超宽带天线；

所述储能装置连接所述光电导开关，所述定向耦合器包括第一端口和第二端口，所述光电导开关连接所述定向耦合器的所述第一端口，所述定向耦合器的所述第二端口连接所述第一环形器，所述第一环形器一端连接所述超宽带天线，另一端连接所述电光调制子组件；

所述储能装置用于储存电场能量；

所述光电导开关用于控制所述储能装置输出所述电场能量，所述光电导开关还用于通过所述第一端口向所述定向耦合器输出所述第一电场脉冲；

所述定向耦合器用于通过所述第二端口将所述第一电场脉冲传输至所述第一环形器；

所述第一环形器用于将所述第一电场脉冲传输至所述超宽带天线，以及接收所述超宽带天线传输的所述第二电场脉冲，并将所述第二电场脉冲传输至所述电光调制子组件，所述第一环形器还用于隔离所述第一电场脉冲和所述第二电场脉冲；

所述超宽带天线用于向所述被测物发射所述第一电场脉冲，以及接收所述被测物反射的所述第二电场脉冲。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述电场脉冲收发子组件还包括第二环形器和隔离电阻；所述定向耦合器还包括第三端口和第四端口；

所述第二环形器设置于所述第一环形器和所述电光调制子组件之间；

所述定向耦合器的所述第三端口连接所述隔离电阻，所述定向耦合器的所述第四端口连接所述第二环形器；

所述定向耦合器还用于通过所述第四端口向所述第二环形器发送所述第一电场脉冲对应的脉冲波形采样信号；

所述第二环形器用于接收所述第二电场脉冲和所述脉冲波形采样信号，并且将所述第二电场脉冲和所述脉冲波形采样信号传输至所述电光调制子组件，所述第二环形器还用于隔离所述第二电场脉冲和所述脉冲波形采样信号。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括电场脉冲控制组件；所述光纤组件还包括第三光纤和第四光纤；

所述电场脉冲控制组件一端连接所述控制器，另一端通过所述第三光纤连接至所述光纤耦合器，所述第四光纤连接在所述光纤耦合器和所述光电导开关之间；

所述电场脉冲控制组件用于基于所述控制器的控制指令生成激光脉冲,并且通过所述第三光纤传输至所述光纤耦合器；

所述光纤耦合器还用于基于所述激光脉冲生成第一激发光，并且通过所述第四光纤传输至所述光电导开关；

所述光电导开关还用于基于所述第一激发光控制所述储能装置输出所述电场能量。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述电场脉冲控制组件包括短脉冲激光驱动器和第二激光二极管；

所述短脉冲激光驱动器一端连接所述控制器，另一端连接所述第二激光二极管，所述第二激光二极管通过所述第三光纤连接至所述光纤耦合器；

所述短脉冲激光驱动器用于基于所述控制指令生成脉冲激光，并传输至所述第二激光二极管；

所述第二激光二极管用于基于所述脉冲激光生成所述激光脉冲。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述信号处理组件还包括时间数字转换器；

所述时间数字转换器连接在所述单光子探测器和所述控制器之间；

所述时间数字转换器用于确定所述脉冲激光的生成时间以及所述微波调制光信号的接收时间，所述控制器还用于基于所述生成时间、所述接收时间和所述分析结果确定所述被测物的微波图像。

10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括拉曼光共聚焦光路组件；所述光纤组件还包括第五光纤；

所述拉曼光共聚焦光路组件通过所述第五光纤连接至所述光纤耦合器；

所述光纤耦合器还用于基于所述激光脉冲生成第二激发光，并且通过所述第五光纤传输至所述拉曼光共聚焦光路组件；

所述拉曼光共聚焦光路组件用于基于所述第二激发光向所述被测物发射第一拉曼激发光，以及接收所述被测物反射的第二拉曼激发光，并将所述第二拉曼激发光通过所述第五光纤传输至所述光纤耦合器；

所述光纤耦合器还用于将所述第二拉曼激发光通过所述第二光纤传输至所述信号处理组件；

所述信号处理组件还用于基于所述第二拉曼激发光确定所述被测物的拉曼图像。

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