CN1214119A

CN1214119A - 辐射场分析器

Info

Publication number: CN1214119A
Application number: CN97193141.0A
Authority: CN
Inventors: R·M·展金斯; R·W·J·德维雷乌克斯
Original assignee: UK Secretary of State for Defence
Current assignee: Qinetiq Ltd
Priority date: 1996-01-26
Filing date: 1997-01-22
Publication date: 1999-04-14
Anticipated expiration: 2017-01-22
Also published as: GB9813596D0; GB2323990B; RU2155356C2; CN1105310C; CA2242518A1; EP0876625A1; DE69714014D1; CA2242518C; JP3798025B2; GB2323990A; DE69714014T2; JP2000504417A; EP0876625B1; WO1997027500A1

Abstract

一种辐射场分析器(10)提供用于分析从景像接收的辐射空间模谱的手段。在一个多模波导实施例中,来自激光器(24)的光通过一个铝波导结构(12)导向景像。该激光的一部分向着模转换器(28)。模转换器(28)有选择地将该激光辐射转换成一系列的模。从景像折回的激光同来自模转换器的光混合,产生干涉信号。这些信号被探测器(34)测量,并被编程的计算机(36)分析。通过依次改变由发生器(28)生成的模和分析所得到的信号,获得从景像折回的模谱。

Description

辐射场分析器

本发明涉及辐射场分析器。当一激光源用相干辐射照射一景像时，反射场包含大量关于其3维结构和其表面特征的信息。这样的场的分析为目标搜索、跟踪以及非同时识别方法提供重要的基础。带有基本模的本机振荡器的单孔径单探测器差拍探测***只能探测从景像返回的场的主模分量，结果损失了相当大量的可能有用的信息。在微波领域通过利用子孔径阵列来克服这样问题。用单独的本机振荡源和探测器相干探测到达每个子孔径的辐射。在这种方法中，以逐段的方式测量横跨阵列上的场。由于短得多的光辐射波长以及所涉及的不同技术，在从被激光辐射照射的景像返回的场的分析中实现子孔径接收机阵列的想法实际上已证明是困难的。

本发明的目的是提供辐射场分析器的另一种形式。

本发明提供一种用于分析从景像接收的至少部分相干的辐射的辐射场分析器。其特征是，该分析器包括一个辐射组合器，用于将所说的由景像接收的辐射同多数正交空间辐射模场中的每一个相组合提供干涉信号，还包括探测装置，用于探测干涉信号，并以空间模谱的形式提供从景像的辐射的分析。

为产生干涉信号，在所接收的辐射和正交空间辐射模信号之间必须存在相干度。

术语“景像”用于包括视野场中的任何物体，既包括地面景像也包括如空中的飞机这样的个别目标或物体，这样一般意义。从景像的辐射可以一正交组的自由空间模(例如厄米特-高斯的)或者多模波导的模(例如方形截面波导的混合EHmn模，其中m和n大于或等于1的模态整数)为特征。通过波导模分析，从景像的场Einput被映射在波导的入口，在这里激励一系列模谱。此过程可表示为：

Einput=∑Amn exp{iφmn}EHmn其中，Amn和φmn分别为mn波导模EHmn的复数幅度的模数和相位。

例如，对于横截面2a×2b的无损耗矩形波导的一般情况，EHmn模的场幅度对于奇数m和n，会具有形式：

{EH}_{mn} (x, y, z) = \frac{1}{\sqrt{ab}} \cos [mπx / (2 a)] \cos [nπy / (2 b)] \exp (- β_{mm} z)

对于偶数m和n：

{EH}_{mm} (x, y, z) = \frac{1}{\sqrt{ab}} \sin [mπx / (2 a)] \sin [nπy / (2 b)] \exp (i β_{mn} z)

其中

β_{mn} = \frac{2 π}{λ_{c}} [1 - \frac{1}{2} {{(\frac{{mλ}_{c}}{4 a})}^{2} + {(\frac{{nλ}_{c}}{4 b})}^{2}}]

λc为在波导中心部分的理想平面波的波长。

将在波导中由从景像接收的辐射激励的一系列模谱同由可调模发生器产生的已知模(它也频率偏移从景像的辐射)相混合，在波导中的由从景像的辐射激励的模的相对幅度和相位能够通过用探测器适当地测量所产生的差拍信号来确定。

本发明提供将由从景像的辐射激励的模用于分类景像的便利。因此，建立在本发明分析器基础上的***当某些辐射模被检出和从而当某些个别的目标或物体出现时，可以被设置为不依靠操作员自动记录。此外，当景像按模分类时，景像信息会由一个出现在景像辐射中的模连同这些模的幅度和相位的表来表示。

在一个优选的实施例中，景像辐射模和所生成的模在多模波导结构中被组合。较可取的是，所生成的模由发生器(或模转换器)产生，其被建立的基础是以适当的角度和以合适的相位将2个平面波(或者2个尽可能很接近地近似于理想平面波的两个波)射入多模波导中。

另一方面，模的生成可由对多模波导结构提供激光辐射的激光源来实现。在这种情况下，激光源可被频率锁定和频率偏移于另一个为景像照射准备的激光。

辐射场分析器可以是成串联或并联阵列的若干分析器中的一个。每个分析器则可以被安排分析一给定的波导模或一系列模。各分析器可以由一个可调模发生器照射；另外，在阵列中的每个分析器也可有其自己的模发生器或模转换器。

最优的是，辐射场分析器配备计算机***，用于控制由可调模发生器或模转换器产生的模，也用于分析由分析器测出的模态谱。

另一方面，辐射场分析器可被安排作为激光雷达***的一部分。

为更充分了解本发明，现在参照附图仅作为例子来说明其实施例。附图如下：

图1为本发明的辐射场分析器的剖面设计简图；

图2为在图1的辐射场分析器中含有的多模波导结构的透视图；

图3为图1的分析器的可调模转换器的透视图；

图4举例说明作为辐射输入方向的函数耦合到矩形波导模的辐射；

图5举例说明在图4的各模之间的相对相位偏差；

图6为通过图1的辐射场分析器的光束分离器的辐射传播示意图；

图7为由图3的模转换器产生的一系列波导模实例；

图8表示由图3的模转换器产生的辐射模的分布图；

图9和图10表示图1的辐射场分析器的性能的理论预测；

图11为图9中所说明的理论结果的实验测量；

图12为图10中所说明的理论结果的实验测量；以及

图13为并入到激光雷达***的本发明的分析器的原理图。

参照示有总体上用10表示的辐射场分析器的原理图的图1，分析器并入多模波导结构12，其有4个基本上相同的多模波导：辐射输入波导14、模转换波导16、辐射发送/接收波导18和探测波导20。

输入波导14有输入孔径22。安排一CO₂激光源24将辐射引导到输入孔径22上。模转换波导16有孔径26。可调模转换器28位于孔径26。模转换器28将以后详细介绍。它被安排接收来自转换波导16的主模辐射并将其转换到一些所要求模中的任何一个。假若有所要求模的辐射则其被发回到转换波导16。除了转换该辐射到所要求模的辐射外，在模转换器中也产生辐射的相位调制或频率偏移。

发送/接收波导18有孔径30。从波导18的辐射经孔径30和透镜***31被耦合到在多模波导结构12外的自由空间模。从外部物体的自由空间模的辐射也经透镜***31和孔径30以波导模的形式被耦合到发送/接收波导18。

探测器波导20有孔径32。探测器***34被安排为探测经孔径32从探测器波导20出现的辐射。探测***34被连到计算机***36，对从探测器波导20出现的辐射进行记录和分析。

多模波导结构12含有位于波导14到20的末端相对于孔径22、26、30和32的光束分离器38。分路器38被安排为入射辐射的基本上相等的反射和透射(即它是个50∶50的光束分离器)。它被安排为从输入波导14的辐射反射到转换波导16中以及从输入波导14的辐射透射到发送/接收波导18中。同样地，从转换波导16的辐射被透射到探测器波导20，亦被反射到输入波导14。此外，从发送/接收波导18的辐射被反射到探测器波导20，亦被透射到输入波导14。

现在将概括地说明辐射场分析器10的工作，更详细的理论分析以后给出。从激光源24的主模辐射被安排为以EH11模、即作为主模辐射的形式耦合到输入波导18。该主模辐射沿输入波导14传播到光束分离器38。基本上50％的辐射经光束分离器38被透射到发送/接收波导18。其余基本上50％的辐射被反射到转换波导16。波导16和波导18中的辐射都以主模的形式传播到各自的孔径26和30。

从孔径30出现的辐射基本上耦合到TEM00自由空间辐射模。它照射景像(未示出)，而从景像反射的辐射经孔径30被耦合到发送/接收波导18中。该辐射耦合成若干EHmn形式的波导模，这里的m和/或n大于或等于1。

从孔径26出现的主模辐射进入可调模转换器28。转换器28将主模EH11辐射转换成高次波导模EHmn。转换器28以一个受控的时序生成的模来进行模转换。转换器28经控制线40受计算机36控制。转换器28生成所有EH11到EHmn范围的模。在任何一个特别设定下，模转换器只生成一单独的模。如果有m=n=10，分辨能力会相当于现有技术的具有10×10阵列的子孔径的辐射场分析器。

由转换器生成的模经孔径26被传送到转换波导16。在模转换器中的相位调制器将正弦相位调制加到所生成的模上。在一个装置中，相位调制器采取安装在压电堆上的全反射镜的形式。压电堆被正弦变化的电压激励，其产生cos(ωt)形式的镜的时间相关的轴向运动。这里的ω是激励频率。激励电压的幅度被安排得使线性运动的极限是λ/2，这里的λ是在波导中心部分的平面波的波长。这个镜运动将正弦变化相移(0→360°)加到由镜反射的光束上。

从可调模转换器28的相位调制辐射沿转换波导16向光束分离器38传播。从被耦合到发送/接收波导18中的景像或物体的辐射，沿波导18向光束分离器38传播。从转换器28的辐射和从景像或物体的辐射经光束分离器38被混合，并从此被传送到探测器34。

因为波导模的正交性，当从景像或物体的EHmn模等同于由可调模转换器生成的EHmn模时，由探测器测得的峰-峰功率变化幅度只会是非零的。例如，当模转换器28产生EH31模时，在从景像的辐射也引起EH31模的激励时在发送/接收波导18中将只有有限的功率变化。由此引起的功率的正弦变化由计算机36记录，并用于推定来自景像的场中的EH31分量的模和相位。因此，根据了解模的设定和由可调模转换器28产生的模的相对幅度和相位以及由探测器34进行的正弦功率测量，就能够确定出现在从景物接受的辐射中的所有EHmn辐射模的复数幅度。

这使得从景物的辐射场能够按照在发送/接收波导中所激励的EHmn模被表征。用于分析中的模次越高，借其能表征景像辐射场的分辨能力也越大。低次模可提供关于景物体特性的信息；例如，带有2个强度峰的EH21模的出现表明在景像中存在2个主要垂直分量。相反地，如果EH10,10这样的高次模提供关于景物小规模细节的信息。从而，景像辐射场能够通过其激励的EHmn模来表征。景像辐射场可被定标；亦即，一已知物体场可以用其产生的EHmn模来表征，分析器10则可以被安排自动记录何时对应于该物体的EHmn模被探测器34接收。分析器10可用作监视***的基础，在该***中被分析器10探测的物体通过其激励的EHmn模被初始定标。

图2为图1的多模波导结构12的透视图。多模波导结构12由铝制成。它由3层组成：形成空腔波导下壁的基底层210、由形成空腔波导垂直壁的板片213的排列组成的波导层212、以及用虚线表示的形成空腔波导上壁的上层214。

波导层212限定了图1所示的输入波导14。模转换波导16、辐射发送/接收波导18和探测器波导20的形状。由此产生的空腔波导14到20中的每一个都是近2a的正方形截面，a等于1mm。

现在将参考座标轴216来说明波导14到20的配置。模转换波导16和探测器波导20有各自的在X方向延伸的中心纵向轴218和220。轴220在正Y方向偏离轴218 0.93mm。同样地，输入波导14和发送/接收波导18有分别在Y方向延伸的中心纵向轴222和224。轴222在正X方向偏离轴224 0.93mm。

波导层212还有2个槽226和228。它们分别位于波导14和20以及波导16和18之间。光束分离器38位于波导14到20的公共交叉口232上的槽226和228中。光束分离器由锌硒化物制成，有1.9mm的厚度。多电介质镀层被蒸敷在其表面上，允许50％的入射光被透射，50％的光被反射。

波导14到20有各自在波导层212端面的孔径22、26、30和32。激光源24中心坐落于纵向轴222上。可调模转换器28中心坐落于轴218上，距离转换波导16的孔径26 1.0mm。探测器34是一冷却的4.0mm镉汞碲化物(CMT)方形片，其中心坐落于轴220上；它被安置得能捕获所有从孔径32放出的辐射。

图3表示图1的可调模转换器28的透视图。它包含有由4个空腔波导组成的多模波导结构310。结构310包括3层312、314和316。层312由形成空腔波导下壁的基片313组成，层314由形成空腔波导垂直壁的板片315的排列组成，用虚线表示的层316是形成空腔波导上壁的顶板317。

板片315的排列形成4个多模波导318、320、322和324。波导318是个输入波导；波导320是第一模转换波导；波导322是第二模转换波导；波导324是模检验波导。每个波导都是边为2.0mm的方形截面。318到324的每个波导分别具有在层314对应边缘上的孔径326、328、330和332。

波导318到324具有对应的中心纵向轴334、338、340和336。轴338在正Y方向偏离轴334 0.93mm，如座标342所示。同样地，轴336在正X方向偏离轴340 0.93mm。在使用中，轴334同图2的轴218平行且共轴。

层314有2个经其整个厚度延伸的槽344和346。槽344位于波导318和324的交叉口；槽346位于波导320和322的交叉口。槽344和346各支承厚度为1.96mm的锌硒化物光束分离器348。

第一和第二模转换波导320和322具有各自关联的模转换镜350和352.它们按中心沿轴336和338并离开孔径328和330约1mm放置。镜350和352安装在各自的电动支座(未示出)上。电动支座使镜350和352能绕所选的轴旋转。镜350是可绕中心轴354和356旋转的，中心轴354和356分别为同Z方向平行的垂直轴和同Y方向平行的水平轴。镜352是可绕中心轴358和360旋转的，中心轴358和360分别同Z方向和同X方向平行。另外，在镜350和352同它们所关联的波导孔径328和330间的间隔能够由支座上的直线性的马达改变。镜的运动由图1的计算机36控制。

模转换器28被配置在多模波导结构12附近，以使来自孔径26的光耦合到转换器28的输入波导318的孔径326中。

现在将说明模转换器28的工作。进入孔径326的主模辐射沿输入波导318传播到光束分离器348。如果光束分离器348是一个50∶50的光束分离器，基本上一半入射辐射经它透射到第一模转换波导320。主要剩余部分被反射到第二模转换波导322中。辐射沿波导320和322传播，并从孔径328和330射出。辐射是入射到镜350和352上，又向孔径328和330反射回来。

从镜350和352反射的辐射进入波导320和322中的耦合依赖于镜350和352的倾斜角度。图4表示从镜350反射后耦合入波导320中的模的模数值变化图。同一图也应用于从镜352耦合到波导322的辐射。可看出，耦合到波导中的波导模的模数随各个镜的倾角变化。正倾角关联镜350和352绕各自垂直轴(即Z座标)354和358顺时针旋转。负倾角系指逆时针旋转。图4中的曲线是相对于n=1的EHmn模。

从曲线可看出，在零倾角只EH11辐射模被耦合到各个波导。然而，在增加正向倾角时EH11模的模数减小，直到在11.0毫弧度倾角基本上为零。相反地，E21模的模数在正倾角时迅速增加，在大约2.5毫弧度倾角达到最大。然而，E21模的最大模数幅度达不到EH11模的最大模幅度相当的数值；相反地，它被限制到大约这个数值的三分之二。

在更高的正倾角，其他更高次模：EH31,EH41、EH51等也开始被耦合到各个波导。这些模分别在约4.0、5.5和7.0毫弧度的镜倾角有最大幅度。它们的最大值基本上与EH21模的相同。对于负镜倾角，所有模的模数与对于正倾角的相同，但它们的相位不同。为使除EH11外的任何给定模的幅度最大所要求的镜倾角(对于EH11，在零倾角时实现最大值)能够按公式θ=mλc/δa被预期到一个很好近似程度。公式中，‘θ’为以弧度为单位的倾角，‘m’为Ehm1模的模数，‘λc’为在波导中心的平面波波长(在空腔波导的情况下，为自由空间中的平面波波长)，a为波导的半宽度。例如，如果m=3,λ=10.6μm，而a=1.0mm，则θ=0.003975弧度，即大约4毫弧度，同图4的数值预计有很好的一致性。

图4突出说明被激励模的模数作为镜倾角的函数如何变化；另外，图5说明，各模之间的相位偏差也是镜倾角的函数。可看出，对于正镜倾角，非对称模EH21和EH41偏移对称模EH11、EH31和EH5190°(或π/2)。相反地，对于负镜倾角，非对称模偏移270°(3/2π)。

从图4和图5可以看出，对于任何个别镜倾斜角度，多样模被耦合到各个波导。例如，对于4毫弧度的正倾角，有来自模EH11、EH21、EH31、EH41和EH51的成分。但是，这些模的模数大小是不同的。主模的模数大约为0.05，如同EH51模的模，EH21和EH41模的模数近似为0.25，而EH41的模数以数值0.4为最大。

为用略述的技术分析来自景像的辐射，理想的是，模转换器28应该在任何一个时刻都产生基本上是单EHmn模。如果它产生多模，则这些模会与已分析的来自景物辐射场的多模差拍，引起多拍信号。为了确定哪些模在由探测器34探测的辐射中出现，就会需要更复杂的信号处理技术。如果单模能由模转换器产生，则分析就会简单得多。

以产生基本上纯的模为目的，可将对称和非对称模分离以便对于任何给定的镜倾角在任何一个时刻从模转换器28大致只产生一个模。借助在光束分离器348上相干混合处理将各模分离。

图6表示辐射经光束分离器传播的示意图。光束分离器348有2个面600和602。面600有消反射涂层，而面602有多电介质涂层，提供50％的透射和50％的反射。因此，向光束分离器348传播的辐射以相等的比率分别透射过面602和从面602反射到波导320和322。反射实际发生在高折射率光束分离器348和低折射率的与其邻近的空气的交界面上。对于从镜352接近这个交界面的辐射来说，该辐射在低折射率介质中传播并在具有光束分离器348的高折射率介质的空气界面被反射。经受这个反射的辐射不经受相位改变。相反地，接近从镜350界面的辐射在光束分离器的高折射率介质中传播并从具有低折射率介质(即围绕光束分离器348的空气)的界面反射。经受这个反射的辐射经受π弧度或180°相位移动。

辐射耦合到波导320和322后，从镜350和352的反射再一次引起辐射从部位602反射和经部位602透射。因此，从镜350和352的辐射能够在点602被合并，并能将模既耦合到波导318中又耦合到波导324中。为一给定EHmn模的强度在输出波导318中成为最大，在从镜350和352经波导320和332和在界面602的辐射之间的相位差必须满足下式：

φmn350-φmn352=P2π其中，P为一整数，φmn350为从镜350入射到波导318中的EHmn模的相位，而φmn352为从镜352入射到波导318的同一模的相位。

为对任何给定模实现这种情况，镜350被安排为在X方向侧向移动(沿波导轴的轴向移动)距离X。这个移动产生φmn350的相位变化φc,φc按下式给出：

φ_{c} = 2 x . \frac{2 π}{λ_{mn}},

其中λmn为EHmn模的波长。当激光源24是一CO₂激光器时，自由空间辐射的波长为10.6μm。为得到相位变化φc会需要移动X=λmnφc/4π。实际上，为了同样的模同相，调节φc使得(φmn352-φmn350)为2π弧度的整数倍。

从图5可看出，对于镜350绕Z轴的正倾角(见图3)，非对称模EH21,EH41、EH61等偏离对称模90°，而对于镜350绕Z轴的负倾角，非对称模EH21、EH41、EH61等偏离对称模270°。考虑镜350有正倾角，镜352也有正倾角(据模的相对相位是有关的，从光束分离器348的跟随反射等同于输出波导318中的等效负倾角)的情况，如果借助于通过压电控制镜350的位移提供一适当的相移，配置成由镜350被光束分离器348透射进输出波导318中的对称模与由镜352被光束分离器348反射进入输出波导318中的对称模同相，则这些对称模将在部位602相长干涉，并产生将被耦合到波导318中的对称模光束。相反地，用相同的镜倾角从镜350和352的透射的和反射的非对称模将在部位602不同相，并将在波导318的输出场中相消干涉。同时，这些非对称模将在波导324的输出场中同相并将相长干涉，而在波导324的输出场中的对称模将不同相并将相消干涉。

相反地，在镜350被移动以致实现在波导318的输出场中的对称模之间相消干涉，非对称模将同相并将相长干涉。同时，在波导324中输出对称模将相长干涉，而非对称模将不存在。

在上述情况下，被耦合到波导324的所调模可被用作对在波导318的输出场中产生的模，即从模转换器28的输出的检验。例如，如果非对称模经波导318被输出，则波导324必定含有对称模，反之也一样。为分析这些模的用途，波导324可以有相对于其输出孔径332的探测器阵列(未示出)。

上述讨论论述了从模转换器28的输出辐射如何能被选成或者对称模、或者非对称模，以及一给定模的纯度如何能够通过按照θ=mλc/δa选取镜350和352的倾角数值而成为最大。然而，除非到模转换器的输入为完全平面波，否则这些调整中的每一个上的输出会包含多个模，因此将有进一步要求以便遏止非需要模的影响。按如下来实现这一点。

从图4中的曲线可以看出，对于零镜倾角以主模EH11的形式生成唯一的模。在4.0毫弧度的镜倾角EH31为产生的优势模，但也有小的EH51和EH11模的成分。在这里忽略非对称模，因为这些模如上所述能够被消除。当模转换器28调整镜350和352具有零倾角时，通过测量分析器的输出，则主模EH11的幅度能够被直接确定，因为它是在零倾角生成的唯一模。

在模转换器中的镜被调到+2.5毫弧度的倾角时测量从分析器的输出能够确定EH31模的幅度。从图4看出，EH31和EH11模的成分基本上相同，所有其他对称模有很低的数量。在2.5毫弧度镜倾角的EH11模的幅度能够从以前在零倾角的测量来确定。从图4中的曲线看出，EH11模的幅度以一种已知的方式随镜倾角改变，因而在任何倾角的幅度能从在零倾角的幅度求得。当在2.5毫弧度的EH11幅度已知时，对EH31模信号的贡献能够被推出。同样地，在5.5毫弧度的镜倾角，从了解以前确定的EH11和EH31模以及模转换器28中的镜被调到这个镜倾角时分析器的输出，能够确定EH51模的幅度。

同样地，从图4看出，当通过适当的PZT(压电跃变)调整选择非对称模时，EH21模的幅度能够通过测量模转换器中的镜被调到+1.5毫弧度的倾角时的分析器输出被求出。这里，模转换器输出大部分由EH21模引起，EH41只有很小的成分。在+4.0毫弧度，EH21和EH41的成分同所有其他极其小的非对称模的幅度相同。通过测量在这种情况下的分析器输出和校正EH21模的成分，EH41模的幅度(即模)能够被推出。

由上述可以看出，通过安排只对称或者反对称模被产生以及了解在各个镜350和352的倾斜角下生成的模，由分析器接收的景像辐射场能够借助各个出现的模来表征。

上述已论及了Ehm1模的生成。这可通过在相同方向绕镜的垂直轴倾斜镜350和352来实现。通过在相同方向绕镜的水平(y或x)轴旋转镜350和352能够生成EH1n模(旋转为同方向的要求是由从光束分离器的反射倒转图象这一事实引起的)。结果的横图基本与图4和5的模图相同。但“n”数变化，“m”数固定在1。

m和n都大于1的高次模也能够由模转换器28生成。这可能同时既绕镜的水平轴又绕镜的垂直轴倾斜镜350和352来实现。通过为m次模绕垂直轴倾斜镜350和352到所要求的倾角，如关于图4所作的，以及为n次模绕水平轴倾斜镜350和352到适当的倾角，得到m、n次模EHmn。对于这些高次模，镜350和352必须按相反方向绕其水平轴倾斜，而绕其垂直轴的倾斜应有相同方向。

图7a和7b为由不同调整的模转换器28产生的模输出实例。图7a表示当模转换器28被调成产生EH11和EH10.1模时从波导318输出的辐射强度图。例如EH41强度图有一个4个强度峰的水平行。图7b表示当模转换器28被调成产生EH11到EH1.10模时从波导318输出的辐射强度图。例如EH17有一7个强度峰的垂直列。主模EH11包括一单个中央强度峰。通常，中间模图有各种强度峰行和列的组合。m、n次模EHmn有m×n个强度峰。

图8表示由模转换器28产生的EH11、EH21、EH31和EH414个模的准3维分布图。可以看出，这些模分别有1个、2个、3个和4个强度峰。

从模转换器28的辐射经孔径26耦合到转换波导16中。来自景像的多模辐射经孔径30耦合到发送/接收波导18中。在分别的转换波导16和发送/接收波导18中的辐射向50∶50光束分离器38传播。

从景像的辐射由带有各自的复数幅度Apqexp(iφpq)的EHpq模的线性组合组成。EHpq模由在孔径30耦合到波导18的输入光场Einput产生。从而，Einput能够用Epq模表示为：

Einput=∑Apqexp(iφpq)EHpq

本质上，波导81在其入射孔径30进行光场Einput的傅里叶分析。复数幅度则是傅里叶级数的系数，在波导18中激励的模是来自景像场的模态体现。

现在在波导16和18中的辐射模在光束分离器38混合在一起。同时移动模转换器的镜350和352经最大幅度Y的正弦变化位移，对于每个模转换器建立的模EHrs在探测器产生一差拍信号。为了保证来自转换器的模EHrs的相位变化π弧度，需要通过使用一正弦变化电压加到压电传感器上产生至少2.65μm的位移。

来自转换器的模EHrs和来自景像的模谱相干差拍产生沿探测器波导20传播的差拍场。差拍场从孔径32出射，在探测器34被探测。在这些条件下，在探测器34上产生的随时间变化的2维强度分布按下式给出：

b (x, y, t) = {[\frac{A_{pq}}{\sqrt{2}} {EH}_{pq}]}^{2} + {[\frac{A_{rs}}{\sqrt{2}} {EH}_{rs}]}^{2} + \frac{A_{pq}}{\sqrt{2}} {EH}_{rs} \cos (ωt + p)

其中，Apq和Ars分别为在景像场中的模和由模发生器产生的模的复数幅度的模，而ρ是它的幅角差(ρpq-ρrs)，即它们的相位差。通过在波导横截面上求积分，照射到捕获所有波导放出辐射的探测器上的功率的时间变化分量按下式给出：

P_{b} = 2 \frac{A_{pq}}{\sqrt{2}} \frac{A_{rs}}{\sqrt{2}} \cos (ωt + p) {&Integral;}_{- a}^{+ a} {&Integral;}_{- b}^{+ b} {EH}_{pq} (x, y) {EH}_{rs} (x, y) dxdy

Pb的峰-峰值按下式给出：

P_{b_{&Proportional; \cdot &Proportional;}} = 4 \frac{A_{pq}}{\sqrt{2}} \frac{A_{rs}}{\sqrt{2}} {&Integral;}_{- a}^{+ a} {&Integral;}_{- b}^{+ b} {EH}_{pq} (x, y) {EH}_{rs} (x, y) dxdy

因为波导模的正交性，所以当模同时是同次的、即P=r和q=s时，积分项和由此Pb的峰-峰幅度将只是非零的。在这种条件下，同了解的Ars数值相联系的Pb的峰-峰幅度允许直接计算模EHpq的复数幅度的模数Apq。此外，对于不同的可调模本机振荡器的模调整，进行Pb的正弦变化和压电调制器激励信号间的相对相位偏移的比较测量也能确定模之间的相对相位差。用这种方法在输入场中的每个模的复数幅度能够被测量，从而场的完整形式能够被推导出来。

实际上，输入场中模的相对相位的准确测量是建立在2个重要假设的基础上。

(ⅰ)在波导的入射孔径(要被分析的场被映射到其中)和探测器之间的波导光程长等于在从模转换器的输出端和探测器之间的波导光程长。如果这种情况不成立，必须根据模散射方程对测量作修正。

(ⅱ)在模转换器的输出平面产生的各个模都有相同的相对相位。如果这种情况不成立，必须用最初建立的方法确定相对相位偏移。这能根据已知输入场的入射，例如从一倾斜镜返回的EH11场。用这种方法推导出的相位偏移值或者能被用于修正在场分析过程的计算相位中的测量数据。要不然，相位偏移数据能被用于建立在通过对每个生成的模加适当直流偏置电压电平到模转换器中的相位调制器上而生成的模之间的零相位偏移。这个过程类似于“建相位”步骤。为了保证加到每个子孔径后面的混合点的本机振荡器信号的相位相同，在相控阵接收机中必须采取这一步骤。

分析器10可以通过在发送/接收波导18的孔径30放置一目标镜(未示出)在使用前被标定。目标镜能够被倾斜以产生同图4中的那些类似的模。从而，在波18中传播模的相对相位能够通过将来自转换器28的EHmn模同由目标镜产生的模差拍从探测器34的输出被推导出来。由转换器28生成的模的幅度和相位已知，由目标镜生成的模的幅度也已知。这就使得相对模相位能被推导出来。

现在更详细地考虑定标步骤，其要计及由模转换器生成的模之间的相位偏移。参照图1考虑放置在孔径30的目标镜绕Z轴倾斜一4.0毫弧度的情况。从图4可知，这引起模EH11、EH21、EH31、EH41和EH51的激励。模转换器被调到EH11，测量在加到模转换器中的相位调制器上的取样激励信号和探测器的输出之间的相位差X1。实际上这可用示波器测量。模转换器被调以提供模EH21，重复相位差测量。这时结果为数值X2。从图5可知，X2-X1应等于270°，对X2的修正规定为X2c，计算此值使得X2+X2c-X1=270°。X2c的数值被记录。用类似的方法，对于其它按此倾斜数量激励的模的相位修正被求出。现在目标镜被倾斜-9.0毫弧度，这引起模EH51、EH61、EH71、EH81和EH91的激励。选取这个倾斜数值是为包括出现在第一个数据组中的EH51。相对于EH11的相对相位偏移的测量同包括EH11和EH51的最初组测量有差别。重叠对其测量的模组的对策是重要的，因为从一个镜倾角值移到另一个镜倾角值除非旋转轴精确地经波导轴运转，实际上这是不可能的，否则镜面的轴向移动也被影响，这引进一附加的未知相移。

目标镜绕正交X轴的倾斜和既绕水平轴又绕垂直轴的复合倾斜允许处理大的模谱。在这个意义上，如前所述，为激励一设定组的模所要求的镜倾角数值是到一满意的近似程度，由θ=nλ/δa给出，其中n为与在模组中央的模有关的数，a为波导的半宽。例如，如果希望有EH31模在被激励的模组的中央，则n=3，并有λ=10.6μm，以及a=1.0mm，这给出如前面所用的θ=4毫弧度。如果希望EH33模在被激励模组的中央，则镜会被既绕X轴又绕Z轴倾斜4.0毫弧度。如果有计算机控制的镜座和合适的接口电子线路，整个装置的处理能够被自动化。

如果希望分析在图4中所示的以任何倾角值的倾斜的输入场，则需要至少产生EH11到EH51模的可调模本机振荡器。然而，需要依次对5个模中的每一个进行模和相位的测量。因为输入场的独特性质，有兴趣地注意到，在区域内的任何点被同时激励的模的最大数目都是5个。真实物体的图象有可能引起无论是在被激励模的数目还是在被激励模的次数上都特别复杂的模谱。用其这样的图象能够被分析的分辨能力将依赖于若干因素，这些因素包括：

(ⅰ)用可调模本机振荡器可以容易达到最高次模；

(ⅱ)它产生的模的纯度；以及

(ⅲ)用其能进行模态幅度和相位测量的准确度。对于时间变化的场，另一个重要因素将是为被进行的测量所占用的时间。这将依赖于对其进行分析的模的数目和为每次测量所占用的时间。后者将本身依赖于Pb的峰-峰值能如何快地被求出，而这个又将是相位调制频率的函数。信噪比问题也可能影响总测量分辨能力和时间。

因为所述的场分析解决方法依赖于每个本机振荡器被调出的模进行的连续测量，虽然可能很快，但它固有地比基本上是实时的相控阵列要慢。然而，模分析解决方法有超出相控阵列的重要技术优点，它只需要单个的孔径和单个的探测器形成很复杂的相干场测量***。如此，它会很可能用附加可调模本机振荡器提高现有的单孔径、单探测器***的性能。另外，从***的复数模幅度输出提供直接的目标场的傅里叶变换这一事实就有关的图象处理、图案识别和数据存储而论会有值得注意的益处。在增加测量速度的情况下，有可能设想这样的***：在其中，若干在不同模上运行的本机振荡被用于进行一个场的不同空间分量的同时测量。关于相控阵列***，模态分析手段也可被用于提供在每个子孔径后有改进的分辨能力。基于相控阵列和模态分析技术的组合的混合***会导致相干接收机设计的新途径。

图9和图10表示方法的预测。其中，如果景像本身是放在波导18的出口的镜子，并被倾斜-10毫弧度到+10毫弧度。由探测器34接收差拍信号的峰-峰幅度会变化。图9涉及模转换器被调整以产生主模EH11的情况，而在图10中模转换器被调整以产生模EH12。可以看出，信号最大值被记录在使耦合到模转换器被调到的模达到最大的目标镜倾斜角上。图11和12具体说明表示在图9和图10中的理论预测与对于模转换器被分别调到EH11和EH21的情况实验上产生的结果的比较。

根据多模波导的模转换器的不同设计是可能的。本质上，这里所介绍的模转换器设计是一种多模波导形式的米切尔森(Micnelson)干涉仪。该干涉仪可用于使主模输入场分离成2个分量，然后，在重合并前给它们以适当的相反方向的倾斜量。多模波导形式的马赫-齐恩德(Mach-Zehnder)干涉仪能够提供同样的功用。在米切尔森和马赫-齐恩德形式的模转换器中，通过增加TEM00输入光束的腰尺寸能达到改善的模纯度。如果输入场为平面波，生成的模是完全的。然而，在输入光束腰W大于0.7a的TEM00输入场的情况下，输入平面和可倾斜的全反射镜之间的波导光程长必须是为提供输入场再生所需的多模波导长度的整数倍。对于空腔电介质波导，这个多模波导长度按L=(2a)²/λ给出。

最一般的模生成过程的实现通过发射2个相反倾角和它们之间有适当相位偏移的平面波束到一多模波导中。波导或许是零长度的，即是个孔径。倾斜光束可由声-光或者电-光调制器产生。在这些实施例中，如果景像照射，模生成和场分析过程是被独立进行的，则它们会被简化。在这样的一些实施例中，从激光源的输出能被分离成主要的和次要的分量。主要分量将用于照射景像，而次要分量将作为对模发生器的输入。然后从模发生器的输出同在单独的多模干涉仪中从景像返回的场混合，以致能够进行模分析。

其他的生成适于可调模本机振荡器要求的模谱的方法也是可能的。例如，可调模转换器28可以用提供可控多模输出的正方形横截面的波导激光器来代替。通过改变增益介质在其中被激励的路径，倾斜谐振器镜，改变腔长，以及在谐振器镜上放置可移动金属丝栅，能够产生较高次模。在这个格局中，工作准高斯主模上的单独激光源24将被用于照射景像。如果为防止其频率的相对偏移激光源24和可调模激光器被稳定，为产生一已知高频率差拍信号，它们能够被互相相对频率偏置。不同的可调模激光器的激光模会有不同的振荡频率这一事实也将意味着，可调模激光器在其上运转的模能够从差拍频率被识别。这可被用作判别式以便将可调模激光器锁定到一给定模上。例如，如果激光器的模输出作为加到压电腔长控制器上的电压的函数改变，能够设计一电子反馈线路保持腔长在产生一定拍频，因而一定横模的数值上。

将由模发生器/转换器生成的模与被分析的场在一多模波导结构中混合，然后探测在放置在多模波导出口的探测器上的合成场。在这方面的概念已被说明。混合过程不必在多模波导中进行。混合能够被安排发生在多电介质校准器上，多电介质校准器安装在有在探测器表面上被探测的合成场的自由空间中，探测器亦安装在自由空间中。为此实施例，将需要正确地操作在模转换器/发生器所产生的模准确地映射入探测器中。为理解这个实施例，将探测器想作一有零长度的多模波导是有效的。

至此所述的实施例只考虑了关于正方形截面波导的正交模的场分析。用更一般种类的矩形截面波导模或圆横截面波导的贝塞尔模的情况下，也能进行分析。任何保持功率正交模组的波导都能被用作分析器的基础。

至此所述的实施例只考虑了关于功率正交波导模的场分析。分析能够利用任何能被产生的功率正交光场函数组进行。这些可以是对于矩形坐标自由空间***定义的厄米特-高斯(Hermite-Gaussian)模，或者圆柱坐标自由空间***的拉格尔-高斯(Laguerre-Gaussian)模。在这些实施中，模的横向宽度随它们的次数变化。模的次数越高，其宽度越大。在这种情况下，探测器将需要足够大以致能捕获最高次的要求分析的模。这不同于波导模装置。在波导模装置中，所有模的横向宽度被波导横截面限定。

至此所述的实施例只考虑了分析过程在广泛应用的米切尔森(Michelson)干涉仪的多模波导或自由空间形式中进行的场分析。其他形式的干涉仪也可以用于进行场分析过程，包括多模波导和自由空间形式的马赫-齐恩德(Mach-Zehnder)干涉仪。只建立在多模波导基础上的马赫-齐恩德型干涉仪的使用也是可能的。这里，适当设计的多模波导取代在这里所述的实施例中的校准器。由此产生的全波导干涉仪有2个多模输入波导，它们载有：(ⅰ)被分析的场和(ⅱ)从模转换器/发生器的输出。这些输入波导装入另一段提供混合功能的较宽的多模波导。2个多模输出波导中进行合成场的混合过程。放置在波导出口的探测器被用于进行差拍测量。全波导形式的干涉仪也可被用作模发生器/转换器的基础。在集成的全波导模发生器/转换器的光学装置中，电-光相位调制器或SAW(表面声波)器件可以用于产生由在这里详述的实施例中的倾斜镜产生的线性相移。这样的调制器也可用于提供在从模转换器的输出和所分析的景像场之间的频偏。

分析器10可以被结合在同样分析器的阵列中。该阵列可以被安排为接收从景像的反射辐射。每个如10这样的单独分析器可以被安排为在如28的模转换器中产生一组模。例如，分析器10可以被安排来探测EH11到EH10的模，而另一个分析器可以被安排来探测EH21到EH2.10等的模。这使得更快速地分析从景像反射的模。这样的应用对于侦察工作会是特别有用的。在侦察工作中，景物的特性必须被快速分析。

其中每个分析器被安排为探测全谱模的分析阵列也能用作相控阵接收机的替换形式。在这种安排中，在任何子孔径的场分辨能力，及此后整个阵列的分辨能力将是明显地优于用普通的相控接收机阵列所达到的。普通的相控接收机阵列建立在每个子孔径单独使用主模本机振荡器的基础上。

在至此所述概念的多模波导实施例中，多模波导在本质上是空腔的，并有几毫米的模截面。在这样的波导中，有被电介质覆层包围的空气芯。对于从CO₂激光源的10.6μm辐射，多晶矾土在形成低损耗波导的意义上是良好的覆层材料，因为它合适的合成折射系数性质(即在10.6μm,n＜1)。当使用这样电介质材料时，空腔多模波导结构可以由一系列电介质材料片制成。另外，它可以由一电介质材料块构成。其中还包括被刻蚀或机械加工成块的波导。

已集成光学结构的空腔波导由从日本Kyocera股份有限公司得到的固体多晶矾土块构成。用计算机数控(CNC)机加工，既形成空腔波导又形成承纳如光束分离器38和光束分离器348这样的光学元件的槽。CNC机加工分2个步骤进行。在第一步，粗磨去掉大部分多余的矾土。在第二步，用座标磨床获得最后成品。利用这2个步骤加工，能够以±0.5毫弧度的角对中公差制造元件对中槽，并能够制成空腔波导，对于2.0mm宽波导，其保持主模保真度到超过98％的程度(用波导到波导耦合来定义)。

多模波导不必是空腔波导，它们可以是有固体覆层的实芯波导。在这样的波导中，在芯和覆层之间的折射率之比被安排为使得波导能保持许多模。GaAs/AlGaAs(砷化镓/砷化镓铝)波导能够被设计成多模的。利用离子束辅助蚀刻技术，将波导结构蚀刻到适当设计的外延层中。几微米横截面的GaAs/AlGaAs波导能被设计成保持许多模。由于这个原因，有兴趣地注意到，因为用这里所述的分析器原理所达到场分辨能力依赖于能够对其进行测量的最高次模，而不依赖于用于进行测量的探测器的横向宽度；所以，建立在保持好的较高次模谱的小尺寸波导基础上的***能够提供很高的分辨场分析能力。这样的分析器对于相干显微镜会是很有用的，对于在得不到小尺寸探测器阵列的地方在电磁谱中的测量点上进行场的测量也能是十分有用的。

至此所述的实施例中，辐射是从CO₂激光源的10.6μm辐射。原则上，如果有合适的光/波导技术和激光/微波激射源，根本原理在整个电磁谱上适用。

根本原理的实现不必只建立在激光源使用上。窄线宽准相干光源能被用作激光器的替代物。由于这个原因，从远距离的天文物体来的光也能够用适当的分析器装置被分析。在这样的装置中，会有2个接收机孔径。由一个孔径接收的光将在模态上被过滤以便为模转换器提供主模输入。从模转换器的输出将同由另一个孔径接收的场混合。因为输入到模转换器的主模含量会由于接收场的主模分量的变化而变化，所以必须监测这个变化，并用于提供合适的修正到模幅度测量上。

在另一个实施例中，分析器能被安排作为发射机。通过适当地控制在分析器输出的相对模幅度和相位，能从独立生成的EHmn模的适当和产生被发射的光束。

现在参照图13，那里示出装有本发明的辐射场分析器用700概括表示的激光雷达***。在***700内的辐射光束偏振方向用箭头702和圆圈704表示，它们分别对应在图面内和垂直于图面的线偏振。***700引入CO₂激光源706。激光源706的输出辐射光束708有大约为5瓦的功率、10.6μm自由空间波长和2mm的光束直径。光束分离器710由多电介质镀层被真空蒸镀在其上的锌硒化物片制成。它位于光束708的路径中，并以9对1比率的各自强度规定透射和反射光束712和714。在透射光束712的路径上平放以布鲁斯特角倾斜于路径的锌硒化物片716、1/4波片718，以及凹透镜和凸透镜720和722的望远镜装置。

在反射光束714的路径上平放半波片724、声-光调制器726，以及类似于较早所述的模转换器28的可调模转换器728。调制器726提供有+π和-π弧度调制限在60MHz相位调制频率的入射光相位调制。模转换器728有可控模输出光束730，该光束指向组合器片732和有500MHz带宽的液氮冷却镉汞碲化物探测器734。探测器734被连接到包含一计算机(未示出)的信号处理单元736，该单元又被连接到模转换器728的模控制输入端738。

雷达***700工作如下。激光束708是在图面内线偏振的，被光束分离器710部分地透射和部分地反射。透射光束712入射到锌硒化物片716，由于其偏振方向被经片716有效地透射，在位于片716和1/4波片718间的区域742中形成向外的光束。在区域742中的向外的光束依次经1/4波片718被透射，1/4波片718改变线偏振的向外光束成为在位于1/4波片718和凹透镜720间的区域744中的圆偏振的向外光束。然后在区域744中的圆偏振的向外光束被凹和凸透镜720和722放大形成准直相干的放大的光束740。光束740照射在或许为5km的距离上的远距景像(未示出)。当光束740入射在5km远的远距景像时，由于光束的发散，其直径大约为1m。入射相干辐射被从远距景像反射或散射，反射的部分或散射辐射经透镜720和722再进入雷达***700，形成在区域744中的折回光束；再进入雷达***700的相干辐射的强度约为几飛(母托)瓦。在区域744中的折回光束然后经1/4波片718透射，1/4波片718将在区域744中的圆偏振折回光束变成在区域742中的线偏振折回光束。在区域742中的线偏振折回光束依次入射到锌硒化物片716上，锌硒化物片有效地反射在区域742中的折回光束的分量形成反射光束746，反射光束746相对于在区域742中的向外光束垂直偏振。反射光束746入射在组合器片732上，从这里沿路径748被反射入探测器734中。

反射光束714经提供π/2弧度偏振旋转的半波片724透射。此后经声-光调制器726被透射到模转换器728中。模转换器728将在光束714中含有的输入辐射转换成一系列的不同模，这些模由加到模控制输入738上的控制信号被单独选择。这些模是形成光束730的输出。光束730经组合器片732透射，入射到探测器734上，在这里与从组合器片732所反射的光束746发生相干；入射在探测器734上的辐射产生被送到信号处理单元736的输出信号。声-光调制器726加60MHz相位调制到反射光束714的作用是产生在探测器734的输出信号中的60MHz周期变化；在探测器734的输出信号中的最大和最小强度间之差提供对于个别的由可调模转换器728生成的所选辐射模和对于一给定的激光器706输出功率的从远距景像反射的激光辐射大小的指示。产生在探测器734的输出信号被送到处理单元736，处理单元736分析该信号以提供对应于对于通过供给模转换器728的模控制输入端738的控制信号所选的每个模的最大和最小辐射强度之差的输出数据。

如上所述的这个信号分析形式的优点是，入射到探测器734的辐射平均电平不被考虑在内，不过，任何例如由于包含在激光器706发射的光束708中的辐射功率中的随机波动引起的这个平均电平上的任何随机波动会有降低上述输出数据的信噪比的影响。于是，试图减小耦合到光束746的辐射，有益的是，该光束不是由于从远距景像的相干辐射的反射而引起的；然而，最好是保证从模转换器728发射的光束730的功率至少大于在接收的从远距离景像反射又进入激光雷达***700的辐射中所预期的最大功率，以便保证从探测器734来的信号中的最大和最小之差正比于从远距离景像反射的辐射的数量，而不受从可调模转换器728发射的光束730中的可得到功率的限制。在光束730中的功率可以在1毫瓦量级以保证从探测器734来的信号中的噪声主要由光束730中的随机功率波动而不是由在探测器734本身产生的噪声引起。满意地分离光束708中的辐射通过为光束分离器710选合适的9∶1分离比来达到，通过引入片716和1/4波片718到激光雷达***700中以隔离出射到远距离景像和从远距景像折回的辐射分量。

可调模转换器728允许个别的出现在从远距景像反射的辐射中的空间模被有选择地测量；如果存在于光束746和730中的辐射模不相同，则在探测器34不产生干涉信号。因此，激光雷达***700使包含在每个出现在从景像反射的辐射中的模内的模型和能量有可能被测量。

2个透镜720和722增加光束712的直径约20倍，使得光束740有约5cm的直径以便减小衍射效应。如果几毫米直径的窄光束被向远距离景像发射，否则衍射效应就会发生。

如上所述的激光雷达***700能够识别存在于光束740指向的远距景像中的特征。因为包含在从远距景像再进入雷达***700的反射或散射的辐射中的功率和模表征该远距离景像中的特征。

在一改进的激光雷达***700的实施例中，可调模转换器728输出同时在输出光束730的一些模，而不是如上所述的各个纯模；在这另外的实施例中，光束730的模态组成由供给模转换器728的模控制输入端738的控制信号改变。则由同时出现在光束730中的每个模对在探测器734被测量的相干信号所做的贡献通过进行一系列测量来确定。在这些测量中，出现在光束730中的模的相对强度对于每个测量都有所改变。通过矩阵计算连同对于一给定的供给模控制输入端738的控制信号的光束730模态组成的预先了解，在从远距离景像反射的辐射中出现的各个模的强度可以被确定。

在另一个改进的激光雷达***700的实施例中，一个包括受操纵的可倾斜镜的光束扫描装置可以被加在透镜722和远距离景像之间以便使光束740能够在远距离景像区上扫描，远距离景像区大于光束740在远距离景像的直径。此外，一个可变衰减器可被***在模转换器728和组合器片732之间，以便使激光雷达***700能够适应包含在经透镜720和722再进入激光雷达***700的反射或散射辐射中的从飞(母托)瓦或毫瓦的大功率范围。

这里所述的根本概念也能被用作通信***的基础。在这种***中，各个模在被倍增和经多模传播介质发送之前在相位、频率或幅度上被调制。在每个模上承载的信息则能通过与适当的模发生器输出相干混合被提取。

按PCT10条的修改

13．一种根据权利要求1或权利要求2的辐射场分析器，其特征为，辐射组合器包括一多模波导干涉耦合器。

14．一种根据权利要求3的辐射场分析器(732、738)，其特征为，该分析器被引入在激光雷达***(700)内，该雷达***还包括用于照射景像和用于给辐射转换器(728)提供参考信号(714)的激光辐射源 (706)，用于接收由景像反射的辐射和用于输入所说的接收的辐射到所说的分析器的装置(722、720、718、716)，以及用于对所说的接收辐射进行模态分析的处理装置(736)。

15．一种适于分析至少从景像接受的部分相干辐射的辐射场分析器 (10)，其特征为该分析器引入适于将所说的从景像接受的辐射与一个或更多的正交空间辐射模场组合以提供干涉信号的集成光学处理装置 (12)，以及用于探测这些干涉信号和用于以空间模谱的形式提供对从景像的辐射的分析的探测装置(34)。

16．一种根据权利要求15的辐射场分析器，其特征为，处理装置 (12)包括一个或更多的适于将所说的从景像的辐射与所说的正交辐射模场组合以提供干涉信号的光学元件(38)，以及一个或更多的适于引导所说的辐射到这些光学元件(38)和从这些光学元件(38)引导辐射模场的波导结构(14、16、18、20)。

17．一种根据权利要求16的辐射场分析器，其特征为，处理装置 (12)包括完成波导结构并含有适于定位光学元件(38)的定位装置的一个或更多的整体结构的部件(210、213、214)。

18．一种根据权利要求17的辐射场分析器，其特征为部件(210, 213,214)由铝材料组成。

Claims

1．一种适于分析至少从景像接收的部分相干辐射的辐射场分析器(10)，其特征为该分析器包括用于将所说的从景像接收的辐射与多个正交空间辐射模场中的每一个组合以提供干涉信号的辐射组合器(12)和用于探测干涉信号并适于以空间模谱的形式提供来自景像的辐射的分析的探测装置(34)。

2．一种根据权利要求1的辐射场分析器，其特征为，辐射组合器包括多模波导结构(12)。

3．一种根据权利要求1的辐射场分析器，其特征为，该分析器包括用于通过将至少一个模的辐射转换成不同模的辐射生成空间辐射模场的辐射转换器(28)。

4．一种根据权利要求3的辐射场分析器，其特征为辐射转换器提供由主模输入生成一组空间辐射模场的途径。

5．一种根据权利要求3的辐射场分析器，其特征为，辐射转换器引入至少一个被安排围绕2个轴旋转的镜(350)以生成一组辐射模场。

6．一种根据权利要求5的辐射场分析器，其特征为该分析器引入至少2个这样的镜(350、352)。

7．一种根据权利要求6的辐射场分析器，其特征为，模转换器包括用于有选择地生成对称的或反对称的模场的装置。

8．一种根据权利要求6或权利要求7的辐射场分析器，其特征为，辐射转换器被安排为在任何一个个别时间生成基本上一个辐射模场的信号。

9．一种根据权利要求3的辐射场分析器，其特征为，辐射转换器包括用于发射2个适当倾斜的和相位偏移的光束到一单个多模波导中的装置。

10．一种根据权利要求1到9中的任何一个的辐射场分析器，其特征为，该分析器包括被安排经辐射组合器照射景像的主激光源(24)。

11．一种根据任何一个前述权利要求的辐射场分析器，其特征为，辐射场组合器被安排通过相对于从景像接收的辐射相位调制空间辐射模场产生干涉信号。

12．一种根据权利要求1的辐射场分析器，其特征为，辐射组合器引入电介质的光束分离器(38)。

14．一种根据权利要求3的辐射场分析器(732、738)，其特征为，该分析器被引入在激光雷达***(700)内，该雷达***还包括用于照射景像和用于给辐射转换器(728)提供参考信号(714)的激光辐射源(706)，用于接收由景像反射的辐射和用于输入所说的接收的辐射到所说的分析器的装置(722、720、718、716)，以及用于对所说的接收辐射进行模态分析的处理装置(736)。