光折變?nèi)⑾裆⒏道锶~變換成像處理器的制造方法
【專利摘要】一種光折變?nèi)⑾裆⒏道锶~變換成像處理器，包括照明激光光束，同光軸依次的數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)、反射式相位型空間光調(diào)制器、光折變體全息器件和CCD攝像機(jī)，所述的數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)的輸出端通過數(shù)據(jù)線與所述的反射式空間光調(diào)制器的輸入端相連，所述的CCD攝像機(jī)的輸出端通過數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)的輸入端相連，所述的反射式空間光調(diào)制器和光折變體全息器件依次緊靠設(shè)置，所述的CCD攝像機(jī)的接收面與所述的光折變體全息器件的焦平面重合。該發(fā)明采用鈮酸鋰非揮發(fā)光折變?nèi)?shí)現(xiàn)多性能集成化像散傅立葉變換透鏡，可實(shí)現(xiàn)光速并行實(shí)時(shí)成像，且具有重量輕、低功耗、體積小的優(yōu)勢(shì)，較適合星上對(duì)體積、重量、功耗等約束條件。
【專利說明】光折變?nèi)⑾裆⒏道锶~變換成像處理器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)成像處理器，特別是一種用于光學(xué)合成孔徑激光成像雷達(dá)的光折變?nèi)⑾裆⒏道锶~變換成像處理器。

【背景技術(shù)】
[0002]合成孔徑激光成像雷達(dá)(簡稱SAIL)，是能夠在遠(yuǎn)距離獲得厘米量級(jí)分辨率的唯一的光學(xué)成像觀察手段。面對(duì)衛(wèi)星所在的復(fù)雜太空環(huán)境，采用基于光學(xué)的專門化微波合成孔徑雷達(dá)(簡稱SAR)成像處理系統(tǒng)可以有效的避免來自溫度變化、宇宙射線和粒子翻轉(zhuǎn)等方面的影響，降低源于功耗和體積等方面的制約?；诠鈱W(xué)的成像處理系統(tǒng)將以結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性與魯棒型強(qiáng)、抗輻照能力強(qiáng)、低功耗、處理速度快等優(yōu)勢(shì)勝任星載SAR在軌實(shí)時(shí)成像的應(yīng)用場(chǎng)合。目前合成孔徑激光成像雷達(dá)的研究已經(jīng)發(fā)展出了充分體現(xiàn)光學(xué)特性的新體系結(jié)構(gòu)，其基于光學(xué)波面變換原理而不再能夠用微波實(shí)現(xiàn)[文獻(xiàn)I L.Liu, Coherent andincoherent synthetic aperture imaging ladars and laboratory-space experimentaldemonstrat1ns [Invited], Applied Optics, 52 (4)，579-599，(2013)]。因此，光學(xué) SAIL 成像系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)光速并行實(shí)時(shí)成像，且具有重量輕、低功耗、體積小的優(yōu)勢(shì)，較適合星上對(duì)體積、重量、功耗等約束條件。
[0003]國內(nèi)外對(duì)于光折變鈮酸鋰晶體全息及其應(yīng)用有著廣泛和深入的研究，光折變機(jī)理和材料體系從單摻雜發(fā)展到雙摻雜，主要應(yīng)用方向?yàn)楣獯鎯?chǔ)和光顯示。但是光折變鈮酸鋰相位體全息作為光學(xué)器件也具有重要應(yīng)用價(jià)值，其研究一直延續(xù)至今[文獻(xiàn) 2 M.Bazzan, M.V.Ciampolillo, A.Zaltron, N.Arg1las, C.Sada, N.Kokanian andM.D.Fontana, Fabricat1n and characterizat1n of photorefractive platforms inlithium n1bate for recording of integrated holographic devices, IEEE conferencepublicat1ns, 1-4, (2012).文獻(xiàn) 3 J.R.Park, J.Sierch1, M.Zaverton, Y.Kim, T.D.Milster, Characterizat1n of photoresist and simulat1n of a developed resistprofile for the fabricat1n of gray-scale diffractive optic elements, Optical Engineering, 51 (2)，023401, (2012).]。國內(nèi)光折變鈮酸鋰全息的研究主要集中于光存儲(chǔ)領(lǐng)域。本發(fā)明則集中于局域光折變?nèi)⒃图伞?br> [0004]從國內(nèi)外整體情況看，合成孔徑激光成像雷達(dá)(SAIL)的光學(xué)成像處理，特別是采用一體化的光折變體全息光學(xué)器件形成光學(xué)成像處理尚沒有這方面工作的報(bào)道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種用于光學(xué)合成孔徑激光成像雷達(dá)的光折變?nèi)⑾裆⒏道锶~變換成像處理器，該裝置采用鈮酸鋰非揮發(fā)光折變?nèi)?shí)現(xiàn)多性能集成化像散傅立葉變換透鏡，可實(shí)現(xiàn)光速并行實(shí)時(shí)成像，且具有重量輕、低功耗、體積小的優(yōu)勢(shì)，較適合星上對(duì)體積、重量、功耗等約束條件。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0007]—種光折變?nèi)⑾裆⒏道锶~變換成像處理器，特點(diǎn)在于其構(gòu)成包括照明激光光束，同光軸依次的數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)、反射式相位型空間光調(diào)制器、光折變體全息器件和CCD攝像機(jī)，所述的數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)的輸出端通過數(shù)據(jù)線與所述的反射式空間光調(diào)制器的輸入端相連，所述的CCD攝像機(jī)的輸出端通過數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)的輸入端相連，所述的反射式空間光調(diào)制器和光折變體全息器件依次緊靠設(shè)置，所述的CCD攝像機(jī)的接收面與所述的光折變體全息器件的焦平面重合。
[0008]所述的光折變體全息器件包括激光器、偏振分束器、二分之一波片、兩塊全反鏡、波前變換光學(xué)系統(tǒng)、敏化光、凸透鏡、濾波器和LiNb03:Ce:Cu晶體,所述的激光器的光束經(jīng)偏振分束器分成光強(qiáng)近乎相等的兩束光:一束作為參考光經(jīng)過二分之一波片、全反鏡后入射到LiNb03:Ce:Cu晶體表面，另一束作為信號(hào)光經(jīng)全反鏡、波前變換光學(xué)系統(tǒng)后入射到LiNbO3:Ce:Cu晶體表面，所述的信號(hào)光束與參考光束在LiNbO3:Ce:Cu晶體表面滿足布拉格衍射條件，所述的敏化光經(jīng)凸透鏡、濾波器后照射到LiNb03:Ce:Cu晶體表面，所述的波前變換光學(xué)系統(tǒng)為凸透鏡和凹透鏡組成的像散傅里葉變換透鏡組。
[0009]所述的參考光和信號(hào)光的波長相同，所述的敏化光的波長短于所述的信號(hào)光的波長。
[0010]所述的照明激光光束與光折變?nèi)⑵骷苽溆脜⒖脊馐ㄩL相同。
[0011]在敏化光照射的同時(shí)，參考光和信號(hào)光以布拉格角入射到LiNb03:Ce:Cu晶體表面，將由凸透鏡和凹透鏡組成的波前變換光學(xué)系統(tǒng)的波面記錄到LiNb03:Ce:Cu晶體中，則波前變換光學(xué)系統(tǒng)的多種光學(xué)元件集成到一塊LiNb03:Ce:Cu晶體中構(gòu)成光折變?nèi)⑵骷?，減小了系統(tǒng)的體積，降低了系統(tǒng)的重量。
[0012]數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)將接收到的光學(xué)合成孔徑激光成像雷達(dá)的二維數(shù)據(jù)輸入所述的空間光調(diào)制器，該空間光調(diào)制器將時(shí)域二維信號(hào)變換到空間域，經(jīng)光折變?nèi)⑵骷?，通過照明光束照射，在CCD表面聚焦成像。
[0013]本發(fā)明的技術(shù)效果:
[0014]本發(fā)明采用非揮發(fā)光折變鈮酸鋰全息器件可以一體化集成多種光學(xué)元件，同時(shí)由于其非布拉格角的光束無變化直通的空變傳輸特性而能大大縮小處理器的長度，可實(shí)現(xiàn)光速并行實(shí)時(shí)成像，具有重量輕、低功耗、體積小的優(yōu)勢(shì)，較適合星上對(duì)體積、重量、功耗等約束條件。在光學(xué)合成孔徑激光成像雷達(dá)目標(biāo)回波數(shù)據(jù)聚焦成像處理上具有很大優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也為探索全光學(xué)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)信息獲取和成像處理的全光合成孔徑激光成像雷達(dá)奠定基礎(chǔ)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明光折變?nèi)⑾裆⒏道锶~變換成像處理器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是本發(fā)明中光折變體全息器件的結(jié)構(gòu)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的光折變?nèi)⑾裆⒐鈱W(xué)傅里葉變換成像處理器作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0018]請(qǐng)參閱圖1，圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，由圖可見，本發(fā)明的光折變?nèi)⑾裆⒐鈱W(xué)傅里葉變換成像處理器的構(gòu)成包括照明激光光束I和同光軸的器件依次為數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)2、反射式空間光調(diào)制器3、光折變體全息器件4和CCD攝像機(jī)5，所述的數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)2的輸出端通過數(shù)據(jù)線與所述的反射式空間光調(diào)制器3的輸入端相連，所述的CCD攝像機(jī)5的輸出端通過數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)6的輸入端相連，所述的反射式空間光調(diào)制器3和光折變體全息器件4依次緊靠設(shè)置，所述的CCD攝像機(jī)5的接收面與所述的光折變體全息器件4的焦平面重合。
[0019]數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)2將接收到的時(shí)間域二維數(shù)據(jù)輸入空間光調(diào)制器3，空間光調(diào)制器3將時(shí)間域數(shù)據(jù)變換到空間域，將數(shù)據(jù)調(diào)制成光信號(hào)反射輸出，輸出的光信號(hào)以布拉格衍射條件入射到緊靠著所述的空間光調(diào)制器的光折變體全息器件4，同時(shí)照明激光光束I以非布拉格衍射條件照射到光折變體全息器件4上，則信號(hào)光經(jīng)過光折變體全息器件4的二次項(xiàng)相位補(bǔ)償和二維快速傅里葉變換同時(shí)在方位向和距離向聚焦，聚焦的衍射光在焦平面上成像，所述的CCD攝像機(jī)5將焦平面上接收到的像傳輸?shù)接?jì)算機(jī)6中，計(jì)算機(jī)上呈現(xiàn)目標(biāo)的像。
[0020]請(qǐng)參閱圖2，圖2為本發(fā)明的光折變體全息器件的結(jié)構(gòu)圖，由圖可見，本發(fā)明的光折變體全息器件4的結(jié)構(gòu)包括激光器7，偏振分束器8，二分之一波片9，兩塊全反鏡10，波前變換系統(tǒng)11，LiNbO3:Ce:Cu晶體12，敏化光13和凸透鏡14。
[0021]激光器7發(fā)出的光經(jīng)偏振分束器8分成光強(qiáng)相等的兩束光,一束作為參考光束經(jīng)二分之一波片9、全反鏡10入射到LiNb03:Ce:Cu晶體12表面，另一束作為信號(hào)光束經(jīng)全反鏡10、波前變換系統(tǒng)11入射到LiNb03:Ce:Cu晶體12表面。參考光束和信號(hào)光束在LiNbO3:Ce:Cu晶體12表面滿足布拉格衍射條件。敏化光13發(fā)出的光經(jīng)凸透鏡14形成平行光照射到LiNb03:Ce:Cu晶體12表面。敏化光13照射的同時(shí)，信號(hào)光和參考光以布拉格角入射到LiNb03:Ce:Cu晶體12表面,形成干涉條紋并記錄成體全息。由凸透鏡和凹透鏡構(gòu)成的波前變換系統(tǒng)11集成到LiNbO3:Ce:Cu晶體12中構(gòu)成光折變體全息器件4。
[0022]本發(fā)明擬采用的反射式相位型空間光調(diào)制器3的數(shù)據(jù)為:通光尺寸15.36X8.64mm，像素?cái)?shù)1920X 1080，像素尺度8 μ m。因此處理器的光學(xué)通道孔徑大約為16X 16_。鈮酸鋰光折變體全息器件的尺寸應(yīng)當(dāng)大于16X 16_，因此所需晶體棒料的直徑應(yīng)當(dāng)為30_左右。本發(fā)明利用空間光調(diào)制器3的反射式加載的特點(diǎn)，將照明激光光束I以非布拉格衍射條件通過光折變體全息器件4，而空間光調(diào)制器3的數(shù)據(jù)加載反射光束以布拉格衍射條件入射光折變體全息器件4，因此能夠有效縮小處理器尺度，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊化。
【權(quán)利要求】
1.一種光折變?nèi)⑾裆⒏道锶~變換成像處理器，特征在于其構(gòu)成包括照明激光光束，同光軸依次的數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)、反射式相位型空間光調(diào)制器、光折變體全息器件和CCD攝像機(jī)，所述的數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)的輸出端通過數(shù)據(jù)線與所述的反射式空間光調(diào)制器的輸入端相連，所述的CCD攝像機(jī)的輸出端通過數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)的輸入端相連，所述的反射式空間光調(diào)制器和光折變體全息器件依次緊靠設(shè)置，所述的CCD攝像機(jī)的接收面與所述的光折變體全息器件的焦平面重合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光折變?nèi)⑾裆⒏道锶~變換成像處理器，特征在于所述的光折變體全息器件包括激光器、偏振分束器、二分之一波片、兩塊全反鏡、波前變換光學(xué)系統(tǒng)、敏化光、凸透鏡、濾波器和LiNb03:Ce:Cu晶體，所述的激光器的光束經(jīng)偏振分束器分成光強(qiáng)近乎相等的兩束光:一束作為參考光經(jīng)過二分之一波片、全反鏡后入射到LiNb03:Ce:Cu晶體表面，另一束作為信號(hào)光經(jīng)全反鏡、波前變換光學(xué)系統(tǒng)后入射到LiNbO3 = Ce = Cu晶體表面，所述的信號(hào)光束與參考光束在LiNbO3:Ce:Cu晶體表面滿足布拉格衍射條件，所述的敏化光經(jīng)凸透鏡、濾波器后照射到LiNb03:Ce:Cu晶體表面，所述的波前變換光學(xué)系統(tǒng)為凸透鏡和凹透鏡組成的像散傅里葉變換透鏡組。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光折變?nèi)⑾裆⒏道锶~變換成像處理器，特征在于所述的參考光和信號(hào)光的波長相同，所述的敏化光的波長短于所述的信號(hào)光的波長。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光折變?nèi)⑾裆⒏道锶~變換成像處理器，特征在于所述的照明激光光束與光折變?nèi)⑵骷苽溆脜⒖脊馐ㄩL相同。
【文檔編號(hào)】G01S17/89GK104166143SQ201410351176
【公開日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月23日
【發(fā)明者】侯培培, 劉立人, 孫建鋒, 周煜, 魯偉, 王利娟, 欒竹 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所