一種單孔徑分光超衍射成像系統及其方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種單孔徑分光超衍射成像系統。
【背景技術】
[0002] 在傳統的超遠距高分辨率成像系統中，受體積重量的限制，光學系統口徑也相應 受到限制，在這種情況下，當光學系統焦距超過一定數值時，受理想光孔衍射的影響，成像 系統分辨率無法進一步提高。在天基成像系統中的影響尤為明顯，對于地球同步軌道的成 像系統，成像距離約為36000km，如實現地面米級的成像分辨率，光學系統焦距約在百米左 右，相應的光學系統口徑也需達到幾十米的口徑，即便采取輕量化措施，光學系統的重量也 大約在百噸級別，這樣的重量顯然無法采用現有的發射運輸工具完成任務；如何能夠在小 口徑長焦距的成像系統中突破衍射限的限制，有效增加成像系統的分辨率成為國內外一項 重要研究內容。
【發明內容】
[0003] 本發明旨在通過一種特殊的光路設計實現超衍射限的成像分辨率。
[0004] 本發明的技術方案如下：
[0005] -種單孔徑分光超衍射成像系統，包括沿光路依次設置的縮束鏡、二維掃描裝置、 N級分束子系統和聚焦鏡；入射光通過縮束鏡得到壓縮，N級分束子系統通過振幅分光將壓 縮后的光路最終分為NXN個子光束陣列，其中每個分束子系統中均增設有一組平行的反 射鏡用于調節各子光束的光程，使得NXN個子光束陣列在所述聚焦鏡前構成等相位的波 真面SK ;經聚焦鏡后，NXN個子光束進行自干涉最終實現超衍射。
[0006] 以上方案中，所述N級分束子系統的結構可以完全相同。
[0007] 采用以上單孔徑分光超衍射成像系統實現超衍射的方法，包括以下步驟：
[0008] 1)將寬光束的入射光進行壓縮；
[0009] 2)采用兩維掃描裝置進行物點掃描；
[0010] 3)通過N級振幅分光將壓縮后的光路分為NXN個子光束；
[0011] 4)調節NXN個子光束光程至等光程、等周期間隔；
[0012] 5)經聚焦鏡將NXN個子光束進行聚焦并相互發生干涉；
[0013] 6)經自相干后光斑的零級衍射斑寬度得到壓縮并實現超衍射限。
[0014] 本發明具有以下技術效果：
[0015] 可用于大口徑小相對孔徑光學成像系統，通過分光多孔徑自相干超衍射成像技術 實現超衍射成像，并通過NXN個分光，形成N倍的超衍射效應。
【附圖說明】
[0016] 圖1為光孔衍射效應的示意圖。
[0017] 圖2為本發明的分光多孔徑自相干超衍射成像技術光路原理圖。
【具體實施方式】
[0018] 根據光孔衍射原理，圖1中的平面光波K經孔徑D后，受光孔衍射效應的影響，經 透鏡L聚焦后在其焦平面，其透射函數可表示為：
[0019]
[0020] 式中：f為透鏡L的焦距，在其焦平面位置的強度分布為：
[0021]
[0022]
[0023] 由此可見，零級衍射斑的寬度主要與波長λ，光孔寬度D和透鏡焦距f有關，其中 f/D稱為光學系統的F數，由上式可知，F數越大表明零級衍射斑的直徑越大，成像分辨率越 低。
[0024] 本發明主要采用振幅分光的方法將光束分為為NXN等相位的子光束，并采用相 干的方法得到1/N的衍射艾里斑直徑。其中采用縮束鏡的方式壓縮入射光束口徑，并經圖 2分光束的方法，調節子光束的光程相等。
[0025] 本發明的實現步驟如下：
[0026] 1通過縮束成像鏡將寬光束的入射光進行壓縮；
[0027] 2經兩維擺鏡或其它兩維掃描裝置進行物點掃描；
[0028] 3通過振幅分光將壓縮后的光路分為若干個子光束；
[0029] 4調節若干個子光束光程至等光程，等周期間隔（即在聚焦鏡的入射面上等間隔 排布）；
[0030] 5經合成聚焦鏡將若干個子光束進行聚焦并相互發生干涉；
[0031] 6經自相干后光斑的零級衍射斑寬度得到壓縮并實現超衍射限。
[0032] 圖2為分光多孔徑自相干超衍射成像技術的光路原理圖，其中Ll和L2構成縮束 望遠鏡，將入射的寬光束壓縮為窄光束，經Sl分光鏡后，形成幅值相等的兩路光，S2和S3用 于調節S2反射鏡的光路和另一路S4反射光的光程相等，Ml~M4和Pl~P4采用和Sl~ S4相同的光路，將光路分為2X2個子陣列（為了簡化起見，圖2中未直觀體現倍增后的陣 列），在聚焦鏡F前構成等相位的波真面SK，經聚焦鏡后，2 X 2個子波進行干涉最終實現超 衍射。
【主權項】
1. 一種單孔徑分光超衍射成像系統，其特征在于：包括沿光路依次設置的縮束鏡、二 維掃描裝置、N級分束子系統和聚焦鏡；入射光通過縮束鏡得到壓縮，N級分束子系統通過 振幅分光將壓縮后的光路最終分為NXN個子光束陣列，其中每個分束子系統中均增設有 一組平行的反射鏡用于調節各子光束的光程，使得NXN個子光束陣列在所述聚焦鏡前構 成等相位的波真面SK ;經聚焦鏡后，NXN個子光束進行自干涉最終實現超衍射。2. 根據權利要求1所述的單孔徑分光超衍射成像系統，其特征在于：所述N級分束子 系統的結構完全相同。3. 采用權利要求1所述單孔徑分光超衍射成像系統實現超衍射的方法，包括以下步 驟： 1) 將寬光束的入射光進行壓縮； 2) 采用兩維掃描裝置進行物點掃描； 3) 通過N級振幅分光將壓縮后的光路分為NXN個子光束； 4) 調節NXN個子光束光程至等光程、等周期間隔； 5) 經聚焦鏡將NXN個子光束進行聚焦并相互發生干涉； 6) 經自相干后光斑的零級衍射斑寬度得到壓縮并實現超衍射限。
【專利摘要】本發明提供了一種單孔徑分光超衍射成像系統，該成像系統包括沿光路依次設置的縮束鏡、二維掃描裝置、N級分束子系統和聚焦鏡；入射光通過縮束鏡得到壓縮，N級分束子系統通過振幅分光將壓縮后的光路最終分為N×N個子光束陣列，其中每個分束子系統中均增設有一組平行的反射鏡用于調節各子光束的光程，使得N×N個子光束陣列在所述聚焦鏡前構成等相位的波真面SK；經聚焦鏡后，N×N個子光束進行自干涉最終實現超衍射。本發明可用于大口徑小相對孔徑光學成像系統，通過分光多孔徑自相干超衍射成像技術實現超衍射成像，并通過N×N個分光，形成N倍的超衍射效應。
【IPC分類】G02B27/58, G02B27/42
【公開號】CN105158920
【申請號】CN201510641145
【發明人】屈恩世, 曾德賢, 宋海軍, 曾巒, 任立勇, 謝永軍
【申請人】中國科學院西安光學精密機械研究所
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年9月30日