[发明专利]一种干涉增强上转换成像装置

说明书

本申请提供了一种干涉增强上转换成像装置，包括：分束器，反射镜，二维图像上转换器，参考光上转换器，相位调制器，二向色镜，光电探测器；分束器，用于将激光器发出的光分为两束，一束作为信号光，另一束作为参考光；反射镜，用于改变装置中的光路传播方向；二维图像上转换器，用于通过增大非线性晶体中激光模式的大小实现二维图像的高空间分辨的频率上转换；参考光上转换器，用于通过外腔增强泵浦光强度实现参考光高转换效率的转换；相位调制器，用于调整上转换信号光的相位；二向色镜，用于将上转换信号光和上转换参考光合束；光电探测器，用于探测干涉增强后的二维上转换图像。从而实现高转换效率和高空间分辨率的二维图像上转换。

技术领域

本申请涉及频率上转换成像领域，具体而言，涉及一种干涉增强频率上转换成像装置。

背景技术

红外或近红外，尤其是光通信波段的光子波长处在大气和光纤的低损耗传输窗口，在生物医学成像、国防军事、气体分析和量子信息领域具有广泛地应用。目前最先进的直接红外探测器有热传感器、半导体探测器或超导纳米线探测器。热传感器成本低廉，由于其响应速度慢、灵敏度低，只能用于对精度和速度要求不高的场合；半导体探测器灵敏度高，但需要冷却操作和精密处理；超导纳米线探测器具有高灵敏度和快速响应的特点，但是在几mK到K的极低温度下工作，成本高昂。

与之相比，可见光波段的单光子探测器件(Si-APDs、PMTs)和CCD传感器具有量子效率高、暗计数低以及响应快的特点。因此，有效地将中、近红外光上转换为可见光，并利用可见光高性能的探测器探测的上转换技术是一种替代直接红外成像技术的有效手段。

红外上转换成像是利用非线性光学和频过程，将红外照明的图像上转换为可见光光谱，同时保持其量子特性的不变，然后利用可见光谱范围具有更好性能的图像传感器成像。与现有的红外光谱范围和THz区域的成像传感器相比，上转换成像技术可以获得实时的、全非扫描的二维图像。这种方法充分利用了可见光波段图像传感器在噪声、速度、分辨率或非制冷操作方面更优的性能，克服了红外图像传感器暗噪声高、需制冷等缺点，可以实现红外图像高灵敏度、高分辨率成像。

二维图像的视场、空间分辨率以及上转换效率是评价红外上转换成像技术优劣的关键指标。

目前，增强上转换成像视场的有效方法主要有宽带光源、晶体热梯度和晶体旋转等。其中，宽带光源是利用非共线相互作用中的上转换角度的波长敏感性实现更多角度的准相位匹配，从而实现增大二维图像的视场，然而与单色激光源相比，宽带光源照明目标亮度降低，不利于中远距离的系统使用。晶体热梯度通过在PPLN晶体的两端加入热极和冷极形成的热梯度使晶体中的折射率成梯度分布，从而引起相互作用波的波矢失配，这种机制可以在单波长源照明时有效增强上转换图像的视场，它的缺点是晶体中热分布的不均匀性将导致上转换效率的降低。

上转换图像的分辨率与非线性晶体中模式的大小成正比，上转换效率与模式大小成反比，即晶体中泵浦光的光束尺寸决定了图像上转换系统的空间分辨率，而泵浦光的强度则决定了图像上转换的转换效率。在实际应用中，二维图像上转换过程中高转换效率和高空间分辨率不能同时兼顾。目前增强图像上转换的空间分辨率的唯一方式是用非相干光源，然而非相干源目标照明亮度降低，从而导致上转换图像的转换效率降低。常用于提高图像上转换的效率的方法是通过腔内泵浦和外腔增强的方式提高泵浦光的功率，但是复杂的腔结构导致上转换图像的空间分辨率降低。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例的目的在于提供一种干涉增强图像上转换装置，利用高转换效率的上转换参考光和高空间分辨率的上转换信号光的干涉得到增强的二维目标图像，从而实现高空间分辨率和高转换效率的干涉增强上转换成像。

第一方面，本申请实施例的目的在于提供一种干涉增强图像上转换装置，包括分束器，反射镜，二维图像上转换器，参考光上转换器，相位调制器，二向色镜，光电探测器；

所述分束器，用于将激光器发出的光分为两束，一束作为信号光照明标准分辨率目标，另一束作为参考光；