一種單孔徑分光超衍射成像系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種單孔徑分光超衍射成像系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在傳統(tǒng)的超遠(yuǎn)距高分辨率成像系統(tǒng)中，受體積重量的限制，光學(xué)系統(tǒng)口徑也相應(yīng) 受到限制，在這種情況下，當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)焦距超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，受理想光孔衍射的影響，成像 系統(tǒng)分辨率無(wú)法進(jìn)一步提高。在天基成像系統(tǒng)中的影響尤為明顯，對(duì)于地球同步軌道的成 像系統(tǒng)，成像距離約為36000km，如實(shí)現(xiàn)地面米級(jí)的成像分辨率，光學(xué)系統(tǒng)焦距約在百米左 右，相應(yīng)的光學(xué)系統(tǒng)口徑也需達(dá)到幾十米的口徑，即便采取輕量化措施，光學(xué)系統(tǒng)的重量也 大約在百噸級(jí)別，這樣的重量顯然無(wú)法采用現(xiàn)有的發(fā)射運(yùn)輸工具完成任務(wù)；如何能夠在小 口徑長(zhǎng)焦距的成像系統(tǒng)中突破衍射限的限制，有效增加成像系統(tǒng)的分辨率成為國(guó)內(nèi)外一項(xiàng) 重要研究?jī)?nèi)容。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 本實(shí)用新型旨在通過(guò)一種特殊的光路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)超衍射限的成像分辨率。
[0004] 本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：
[0005] -種單孔徑分光超衍射成像系統(tǒng)，包括沿光路依次設(shè)置的縮束鏡、二維掃描裝置、 N級(jí)分束子系統(tǒng)和聚焦鏡；入射光通過(guò)縮束鏡得到壓縮，N級(jí)分束子系統(tǒng)通過(guò)振幅分光將壓 縮后的光路最終分為NXN個(gè)子光束陣列，其中每個(gè)分束子系統(tǒng)中均增設(shè)有一組平行的反 射鏡用于調(diào)節(jié)各子光束的光程，使得NXN個(gè)子光束陣列在所述聚焦鏡前構(gòu)成等相位的波 真面SK;經(jīng)聚焦鏡后，NXN個(gè)子光束進(jìn)行自干涉最終實(shí)現(xiàn)超衍射。
[0006] 以上方案中，所述N級(jí)分束子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以完全相同。
[0007] 采用以上單孔徑分光超衍射成像系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)超衍射的方法，包括以下步驟：
[0008] 1)將寬光束的入射光進(jìn)行壓縮；
[0009] 2)采用兩維掃描裝置進(jìn)行物點(diǎn)掃描；
[0010] 3)通過(guò)N級(jí)振幅分光將壓縮后的光路分為NXN個(gè)子光束；
[0011] 4)調(diào)節(jié)NXN個(gè)子光束光程至等光程、等周期間隔；
[0012] 5)經(jīng)聚焦鏡將NXN個(gè)子光束進(jìn)行聚焦并相互發(fā)生干涉；
[0013] 6)經(jīng)自相干后光斑的零級(jí)衍射斑寬度得到壓縮并實(shí)現(xiàn)超衍射限。
[0014] 本實(shí)用新型具有以下技術(shù)效果：
[0015] 可用于大口徑小相對(duì)孔徑光學(xué)成像系統(tǒng)，通過(guò)分光多孔徑自相干超衍射成像技術(shù) 實(shí)現(xiàn)超衍射成像，并通過(guò)NXN個(gè)分光，形成N倍的超衍射效應(yīng)。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1為光孔衍射效應(yīng)的示意圖。
[0017] 圖2為本實(shí)用新型的分光多孔徑自相干超衍射成像技術(shù)光路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 根據(jù)光孔衍射原理，圖1中的平面光波K經(jīng)孔徑D后，受光孔衍射效應(yīng)的影響，經(jīng) 透鏡L聚焦后在其焦平面，其透射函數(shù)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(qiáng)度分布為：
[0021]
21f
[0022] 其零級(jí)衍射斑的寬度f(wàn)j
[0023] 由此可見(jiàn)，零級(jí)衍射斑的寬度主要與波長(zhǎng)λ，光孔寬度D和透鏡焦距f有關(guān)，其中 f/D稱為光學(xué)系統(tǒng)的F數(shù)，由上式可知，F(xiàn)數(shù)越大表明零級(jí)衍射斑的直徑越大，成像分辨率越 低。
[0024] 本實(shí)用新型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(jīng)圖2分光束的方法，調(diào)節(jié)子光束的光程相等。
[0025] 本實(shí)用新型的實(shí)現(xiàn)步驟如下：
[0026] 1通過(guò)縮束成像鏡將寬光束的入射光進(jìn)行壓縮；
[0027] 2經(jīng)兩維擺鏡或其它兩維掃描裝置進(jìn)行物點(diǎn)掃描；
[0028] 3通過(guò)振幅分光將壓縮后的光路分為若干個(gè)子光束；
[0029] 4調(diào)節(jié)若干個(gè)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(jīng)合成聚焦鏡將若干個(gè)子光束進(jìn)行聚焦并相互發(fā)生干涉；
[0031] 6經(jīng)自相干后光斑的零級(jí)衍射斑寬度得到壓縮并實(shí)現(xiàn)超衍射限。
[0032] 圖2為分光多孔徑自相干超衍射成像技術(shù)的光路原理圖，其中L1和L2構(gòu)成縮束 望遠(yuǎn)鏡，將入射的寬光束壓縮為窄光束，經(jīng)S1分光鏡后，形成幅值相等的兩路光，S2和S3用 于調(diào)節(jié)S2反射鏡的光路和另一路S4反射光的光程相等，Ml~M4和P1~P4采用和S1~ S4相同的光路，將光路分為2X2個(gè)子陣列（為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，圖2中未直觀體現(xiàn)倍增后的陣 列），在聚焦鏡F前構(gòu)成等相位的波真面SK，經(jīng)聚焦鏡后，2X2個(gè)子波進(jìn)行干涉最終實(shí)現(xiàn)超 衍射。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種單孔徑分光超衍射成像系統(tǒng)，其特征在于：包括沿光路依次設(shè)置的縮束鏡、二 維掃描裝置、N級(jí)分束子系統(tǒng)和聚焦鏡；入射光通過(guò)縮束鏡得到壓縮，N級(jí)分束子系統(tǒng)通過(guò) 振幅分光將壓縮后的光路最終分為NXN個(gè)子光束陣列，其中每個(gè)分束子系統(tǒng)中均增設(shè)有 一組平行的反射鏡用于調(diào)節(jié)各子光束的光程，使得NXN個(gè)子光束陣列在所述聚焦鏡前構(gòu) 成等相位的波真面SK;經(jīng)聚焦鏡后，NXN個(gè)子光束進(jìn)行自干涉最終實(shí)現(xiàn)超衍射。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單孔徑分光超衍射成像系統(tǒng)，其特征在于：所述N級(jí)分束子 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)完全相同。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種單孔徑分光超衍射成像系統(tǒng)，該成像系統(tǒng)包括沿光路依次設(shè)置的縮束鏡、二維掃描裝置、N級(jí)分束子系統(tǒng)和聚焦鏡；入射光通過(guò)縮束鏡得到壓縮，N級(jí)分束子系統(tǒng)通過(guò)振幅分光將壓縮后的光路最終分為N×N個(gè)子光束陣列，其中每個(gè)分束子系統(tǒng)中均增設(shè)有一組平行的反射鏡用于調(diào)節(jié)各子光束的光程，使得N×N個(gè)子光束陣列在所述聚焦鏡前構(gòu)成等相位的波真面SK；經(jīng)聚焦鏡后，N×N個(gè)子光束進(jìn)行自干涉最終實(shí)現(xiàn)超衍射。本實(shí)用新型可用于大口徑小相對(duì)孔徑光學(xué)成像系統(tǒng)，通過(guò)分光多孔徑自相干超衍射成像技術(shù)實(shí)現(xiàn)超衍射成像，并通過(guò)N×N個(gè)分光，形成N倍的超衍射效應(yīng)。
【IPC分類】G02B27/58, G02B27/42
【公開(kāi)號(hào)】CN205067881
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520771605
【發(fā)明人】屈恩世, 曾德賢, 宋海軍, 曾巒, 任立勇, 謝永軍
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所
【公開(kāi)日】2016年3月2日
【申請(qǐng)日】2015年9月30日