[发明专利]一种基于光子调控与非线性增强技术的光子相机

说明书

本发明公开了一种基于光子调控与非线性增强技术的光子相机，能够实现在信噪比SNR≤1时对信号光子进行清晰识别，满足了远程探测场景的应用需求。该相机的激光器发出激光进入光子调控单元，光子调控单元对激光中所有光子进行标记后，经过光学发射单元射向目标，经目标反射后具有噪声以及目标图像信息的回波信号光经过大气传输后到达光学接收单元，光学接收单元将回波信号光接收到光子识别单元，光子识别单元在回波信号光中鉴别出所有标记的光子作为信号光传输至非线性放大单元，信号光与泵浦光进行非线性差频后对信号光进行放大，该放大后的信号光被光电探测器接收，并以电信号输出，实现目标的成像。

技术领域

本发明涉及非线性光学技术领域，特别是涉及一种基于光子调控技术与非线性增强技术的光子相机。

背景技术

传统相机对信号的探测是基于“光波动”特性，依靠信号光强积累实现。当系统信噪比SNR≤1时，无法对信号光子进行识别，因此只能工作在SNR1区域。而相机远程探测要求具备近单光子信号的探测识别能力，由于接收系统的环境噪声在100个光子水平，即SNR＜ 1，因此传统光子相机已经难以实现远程探测的应用需求，因此，目前急需一种能够实现远程探测的光子相机。

发明内容

为了解决传统光子相机无法在系统信噪比SNR≤1时对信号光子进行识别，从而导致其无法应用于远程探测的应用需求的问题，本发明提供了一种基于光子调控与非线性增强技术的光子相机。

本发明的具体技术方案是：

本发明提供一种基于光子调控与非线性增强技术的光子相机，包括激光器、光子调控单元、光学发射单元、光学接收单元、光子识别单元、非线性放大单元以及光电探测器；

激光器发出激光进入光子调控单元，光子调控单元对激光中所有光子进行自旋角动量标记和轨道角动量标记后，经过光学发射单元射向目标，经目标反射后具有噪声以及目标图像信息的回波信号光经过大气传输后到达光学接收单元，光学接收单元将回波信号光接收到光子识别单元，光子识别单元在回波信号光中鉴别出所有具有自旋角动量标记和轨道角动量标记的光子作为信号光传输至非线性放大单元，信号光与非线性放大单元中一束高能量的泵浦光进行非线性差频后，泵浦光的能量转移到所述信号光中对信号光进行放大，最后该放大后的具有目标图像信息的信号光被光电探测器接收，并以电信号输出，实现目标的成像。

进一步地，上述光子调控单元包括自旋角动量产生器和轨道角动量耦合器；自旋角动量产生器用于对激光器产生的光子进行自旋角动量标记，轨道角动量耦合器用于对光子的轨道角动量进行标记。

进一步地，上述自旋角动量产生器为λ/4波片；所述轨道角动量耦合器为各向异性双折射相位板。

进一步地，上述光子识别单元包括自旋角动量鉴别器和轨道角动量鉴别器；自旋角动量鉴别器用于从具有噪声和目标图像信息的回波信号光中提取出包含自旋角动量标记的光子，轨道角动量鉴别器用于从具有噪声和目标图像信息的回波信号光中提取出包含轨道角动量标记的光子。

进一步地，上述自旋角动量鉴别器包括λ/4波片和偏振分束器，且λ/4波片本征轴与偏振分束器本征轴之间的夹角为45°；轨道角动量鉴别器为相位调制器件。

进一步地，所述非线性放大单元包括强泵浦光光源以及非线性晶体；强泵浦光光源产生光强为几十微焦的泵浦光；所述非线性晶体采用BBO晶体(偏硼酸钡晶体)或LBO晶体(三硼酸锂晶体)或CLBO 晶体(三硼酸锂铯晶体)制成。

本发明与现有技术相比，具有以下技术效果：