光折變全息像散傅里葉變換成像處理器的制造方法
【專利摘要】一種光折變全息像散傅里葉變換成像處理器，包括照明激光光束，同光軸依次的數據接收系統、反射式相位型空間光調制器、光折變體全息器件和CCD攝像機，所述的數據接收系統的輸出端通過數據線與所述的反射式空間光調制器的輸入端相連，所述的CCD攝像機的輸出端通過數據線與計算機的輸入端相連，所述的反射式空間光調制器和光折變體全息器件依次緊靠設置，所述的CCD攝像機的接收面與所述的光折變體全息器件的焦平面重合。該發明采用鈮酸鋰非揮發光折變全息實現多性能集成化像散傅立葉變換透鏡，可實現光速并行實時成像，且具有重量輕、低功耗、體積小的優勢，較適合星上對體積、重量、功耗等約束條件。
【專利說明】光折變全息像散傅里葉變換成像處理器
【技術領域】
[0001]本發明涉及光學成像處理器，特別是一種用于光學合成孔徑激光成像雷達的光折變全息像散傅里葉變換成像處理器。
【背景技術】
[0002]合成孔徑激光成像雷達(簡稱SAIL)，是能夠在遠距離獲得厘米量級分辨率的唯一的光學成像觀察手段。面對衛星所在的復雜太空環境，采用基于光學的專門化微波合成孔徑雷達(簡稱SAR)成像處理系統可以有效的避免來自溫度變化、宇宙射線和粒子翻轉等方面的影響，降低源于功耗和體積等方面的制約。基于光學的成像處理系統將以結構簡單、穩定性與魯棒型強、抗輻照能力強、低功耗、處理速度快等優勢勝任星載SAR在軌實時成像的應用場合。目前合成孔徑激光成像雷達的研究已經發展出了充分體現光學特性的新體系結構，其基于光學波面變換原理而不再能夠用微波實現[文獻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 SAIL 成像系統可實現光速并行實時成像，且具有重量輕、低功耗、體積小的優勢，較適合星上對體積、重量、功耗等約束條件。
[0003]國內外對于光折變鈮酸鋰晶體全息及其應用有著廣泛和深入的研究，光折變機理和材料體系從單摻雜發展到雙摻雜，主要應用方向為光存儲和光顯示。但是光折變鈮酸鋰相位體全息作為光學器件也具有重要應用價值，其研究一直延續至今[文獻 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 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).]。國內光折變鈮酸鋰全息的研究主要集中于光存儲領域。本發明則集中于局域光折變全息元件和集成。
[0004]從國內外整體情況看，合成孔徑激光成像雷達(SAIL)的光學成像處理，特別是采用一體化的光折變體全息光學器件形成光學成像處理尚沒有這方面工作的報道。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種用于光學合成孔徑激光成像雷達的光折變全息像散傅里葉變換成像處理器，該裝置采用鈮酸鋰非揮發光折變全息實現多性能集成化像散傅立葉變換透鏡，可實現光速并行實時成像，且具有重量輕、低功耗、體積小的優勢，較適合星上對體積、重量、功耗等約束條件。
[0006]本發明的技術解決方案如下:
[0007]—種光折變全息像散傅里葉變換成像處理器，特點在于其構成包括照明激光光束，同光軸依次的數據接收系統、反射式相位型空間光調制器、光折變體全息器件和CCD攝像機，所述的數據接收系統的輸出端通過數據線與所述的反射式空間光調制器的輸入端相連，所述的CCD攝像機的輸出端通過數據線與計算機的輸入端相連，所述的反射式空間光調制器和光折變體全息器件依次緊靠設置，所述的CCD攝像機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、波前變換光學系統、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偏振分束器分成光強近乎相等的兩束光:一束作為參考光經過二分之一波片、全反鏡后入射到LiNb03:Ce:Cu晶體表面，另一束作為信號光經全反鏡、波前變換光學系統后入射到LiNbO3:Ce:Cu晶體表面，所述的信號光束與參考光束在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系統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光的波長相同，所述的敏化光的波長短于所述的信號光的波長。
[0010]所述的照明激光光束與光折變全息器件制備用參考光束波長相同。
[0011]在敏化光照射的同時，參考光和信號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系統的波面記錄到LiNb03:Ce:Cu晶體中，則波前變換光學系統的多種光學元件集成到一塊LiNb03:Ce:Cu晶體中構成光折變全息器件，減小了系統的體積，降低了系統的重量。
[0012]數據接收系統將接收到的光學合成孔徑激光成像雷達的二維數據輸入所述的空間光調制器，該空間光調制器將時域二維信號變換到空間域，經光折變全息器件，通過照明光束照射，在CCD表面聚焦成像。
[0013]本發明的技術效果:
[0014]本發明采用非揮發光折變鈮酸鋰全息器件可以一體化集成多種光學元件，同時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，可實現光速并行實時成像，具有重量輕、低功耗、體積小的優勢，較適合星上對體積、重量、功耗等約束條件。在光學合成孔徑激光成像雷達目標回波數據聚焦成像處理上具有很大優勢，同時也為探索全光學實現目標信息獲取和成像處理的全光合成孔徑激光成像雷達奠定基礎。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是本發明光折變全息像散傅里葉變換成像處理器的結構示意圖。
[0016]圖2是本發明中光折變體全息器件的結構圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本發明的光折變全息像散光學傅里葉變換成像處理器作進一步說明，但不應以此限制本發明的保護范圍。
[0018]請參閱圖1，圖1為本發明實施例的結構示意圖，由圖可見，本發明的光折變全息像散光學傅里葉變換成像處理器的構成包括照明激光光束I和同光軸的器件依次為數據接收系統2、反射式空間光調制器3、光折變體全息器件4和CCD攝像機5，所述的數據接收系統2的輸出端通過數據線與所述的反射式空間光調制器3的輸入端相連，所述的CCD攝像機5的輸出端通過數據線與計算機6的輸入端相連，所述的反射式空間光調制器3和光折變體全息器件4依次緊靠設置，所述的CCD攝像機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]數據接收系統2將接收到的時間域二維數據輸入空間光調制器3，空間光調制器3將時間域數據變換到空間域，將數據調制成光信號反射輸出，輸出的光信號以布拉格衍射條件入射到緊靠著所述的空間光調制器的光折變體全息器件4，同時照明激光光束I以非布拉格衍射條件照射到光折變體全息器件4上，則信號光經過光折變體全息器件4的二次項相位補償和二維快速傅里葉變換同時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5將焦平面上接收到的像傳輸到計算機6中，計算機上呈現目標的像。
[0020]請參閱圖2，圖2為本發明的光折變體全息器件的結構圖，由圖可見，本發明的光折變體全息器件4的結構包括激光器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11，LiNbO3:Ce:Cu晶體12，敏化光13和凸透鏡14。
[0021]激光器7發出的光經偏振分束器8分成光強相等的兩束光,一束作為參考光束經二分之一波片9、全反鏡10入射到LiNb03:Ce:Cu晶體12表面，另一束作為信號光束經全反鏡10、波前變換系統11入射到LiNb03:Ce:Cu晶體12表面。參考光束和信號光束在LiNbO3:Ce:Cu晶體12表面滿足布拉格衍射條件。敏化光13發出的光經凸透鏡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，信號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成的波前變換系統11集成到LiNbO3:Ce:Cu晶體12中構成光折變體全息器件4。
[0022]本發明擬采用的反射式相位型空間光調制器3的數據為:通光尺寸15.36X8.64mm，像素數1920X 1080，像素尺度8 μ m。因此處理器的光學通道孔徑大約為16X 16_。鈮酸鋰光折變體全息器件的尺寸應當大于16X 16_，因此所需晶體棒料的直徑應當為30_左右。本發明利用空間光調制器3的反射式加載的特點，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，而空間光調制器3的數據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，實現結構緊湊化。
【權利要求】
1.一種光折變全息像散傅里葉變換成像處理器，特征在于其構成包括照明激光光束，同光軸依次的數據接收系統、反射式相位型空間光調制器、光折變體全息器件和CCD攝像機，所述的數據接收系統的輸出端通過數據線與所述的反射式空間光調制器的輸入端相連，所述的CCD攝像機的輸出端通過數據線與計算機的輸入端相連，所述的反射式空間光調制器和光折變體全息器件依次緊靠設置，所述的CCD攝像機的接收面與所述的光折變體全息器件的焦平面重合。
2.根據權利要求1所述的光折變全息像散傅里葉變換成像處理器，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、波前變換光學系統、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偏振分束器分成光強近乎相等的兩束光:一束作為參考光經過二分之一波片、全反鏡后入射到LiNb03:Ce:Cu晶體表面，另一束作為信號光經全反鏡、波前變換光學系統后入射到LiNbO3 = Ce = Cu晶體表面，所述的信號光束與參考光束在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系統為凸透鏡和凹透鏡組成的像散傅里葉變換透鏡組。
3.根據權利要求2所述的光折變全息像散傅里葉變換成像處理器，特征在于所述的參考光和信號光的波長相同，所述的敏化光的波長短于所述的信號光的波長。
4.根據權利要求1所述的光折變全息像散傅里葉變換成像處理器，特征在于所述的照明激光光束與光折變全息器件制備用參考光束波長相同。
【文檔編號】G01S17/89GK104166143SQ201410351176
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月23日 優先權日:2014年7月23日
【發明者】侯培培, 劉立人, 孫建鋒, 周煜, 魯偉, 王利娟, 欒竹 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所