專利名稱：利用關(guān)聯(lián)成像探測(cè)水下目標(biāo)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水下目標(biāo)的探測(cè)，即用量子糾纏效應(yīng)產(chǎn)生的雙光子分別作為信號(hào)光和閑散光 去探測(cè)水下目標(biāo)的方法。
背景技術(shù)：
目前進(jìn)行水下目標(biāo)探測(cè)的方法是利用遙感光譜成像技術(shù)將光源輻射到水面，通過比較 水面的反射信息和進(jìn)入水中經(jīng)目標(biāo)物的反射光信息來獲取水下目標(biāo)圖像信息。水面的反射光 強(qiáng)度與水面狀況有關(guān)，但除了發(fā)生鏡面反射的情況外， 一般僅占到入射光的3.5%左右；部分 透射進(jìn)水中的光被水中懸浮泥沙和有機(jī)生物散射，構(gòu)成水中散射光，其中返回水面的部分稱 為后向散射光；部分透射進(jìn)水中的光到達(dá)目標(biāo)物(或水底)再反射，構(gòu)成目標(biāo)物(或水底) 反射光，這部分光攜帶了目標(biāo)物(或水底)的信息，與后向散射光共同組成離水反射光；遙 感器接收到的光包括水面反射光、離水反射光和天空散射光。通過遙感探測(cè)可提取水色、水 深和海底地貌、目標(biāo)物水下深度和形狀等各方面的信息。但遙感光譜成像技術(shù)的分辨率不是 很高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種利用關(guān)聯(lián)成像探測(cè)水下目標(biāo)的方法，這種方法可大大提高光 譜成像的分辨率。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)方案是-
用一束高頻率(頻率為W,)激光去照射二階非線性晶體，每湮沒一個(gè)高頻光子，就會(huì)同
時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)低頻光子，將它們并分別用作信號(hào)光和閑散光。信號(hào)光經(jīng)成像透鏡射向目標(biāo)物， 攜帶目標(biāo)物信息的反射光被探測(cè)器Di接收；閑散光自由傳播一定距離后進(jìn)入由光纖做成的掃 描探測(cè)器D2，用光纖在輸入端平面動(dòng)態(tài)掃描時(shí)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)函數(shù)來記錄兩個(gè)探測(cè)器聯(lián)合探測(cè)圖 像，進(jìn)而確定目標(biāo)物的圖像信息和目標(biāo)物所處的深度等。 本發(fā)明探測(cè)水下目標(biāo)的方法，包括如下步驟
(1) 將由非線性晶體產(chǎn)生的糾纏雙光子經(jīng)過分束器分開，形成兩束光，并將兩束光分別 用作信號(hào)光和閑散光；
(2) 讓信號(hào)光通過一個(gè)成像凸透鏡后射向水下目標(biāo)物；
(3) 設(shè)置光電探測(cè)器D!，收集經(jīng)目標(biāo)物反射后攜帶了目標(biāo)物的信息的反射信號(hào)光；
(4) 設(shè)置掃描探測(cè)器D2，收集自由傳播一段距離后的閑散光，探測(cè)器D,和D2相匹配；
(5) 用掃描探測(cè)器D2的光纖輸入端進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描時(shí)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)函數(shù)來記錄探測(cè)器Di
和D2的聯(lián)合探測(cè)圖像；
(6) 定義像距為S， S,為從入射光信號(hào)在成像透鏡的入射面經(jīng)分束器到非線性晶體，然后再?gòu)姆蔷€性行晶體沿著閑散光的路徑到達(dá)圖像(掃描光纖輸入端平面處)的距離，定義
物距為s。， s。為水下目標(biāo)物到成像透鏡的距離。調(diào)整像距s,，當(dāng)s,， s。和成像透鏡焦距/滿 足薄透鏡高斯方程
1 1 1
—+ ————
s。 & /
時(shí)可以得到聯(lián)合探測(cè)下的圖像，此時(shí)，由s,， /可以計(jì)算出物距s。，進(jìn)而獲得目標(biāo)物在水下
的深度。
本方法經(jīng)用透射成像的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明是可行的，該實(shí)驗(yàn)方法是將反射型目標(biāo)物 換成透射型鏤空模板，而信號(hào)光透過鏤空模板進(jìn)入探測(cè)器D!，其余裝置保持不變。此時(shí)物距
S。為鏤空模板到成像透鏡的距離；像距S,仍為從入射光信號(hào)在成像透鏡的入射面經(jīng)分束器到
非線性晶體，然后再?gòu)姆蔷€性行晶體沿著閑散光的路徑到達(dá)圖像(掃描光纖輸入端平面處) 的距離。當(dāng)設(shè)置物距S。 =600 7w，像距S, =1200ww,成像透鏡焦距/ = 400附附時(shí)，恰好得
到了放大兩倍的清晰模板圖像?？梢钥闯?，S。， S,， /滿足高斯公式。 本方法探測(cè)水下目標(biāo)的深度可達(dá)80m左右。
本探測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)是可以測(cè)量水深，探測(cè)識(shí)別暗礁、潛艇、魚群、水雷、失事船只， 以及測(cè)繪海底地貌等，與以往的遙感光譜成像技術(shù)相比，分辨率可以提高幾倍。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述。 圖1為利用關(guān)聯(lián)成像探測(cè)水下目標(biāo)示意圖； 圖2為圖1光路部分在直線上的展開圖。
具體實(shí)施例方式
本探測(cè)方法需要的儀器設(shè)備包括高頻率激光光源、非線性晶體、分束器、成像透鏡、濾 光器、光電探測(cè)器、二維掃描光纖探測(cè)器和聯(lián)合探測(cè)裝置。其探測(cè)方法是用一束高頻率(頻 率為cot)激光去照射二階非線性晶體，每湮沒一個(gè)高頻光子，就會(huì)同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)低頻光子， 形成雙光子光源；用分束器將雙光子光源分為兩個(gè)不同方向，分別作信號(hào)光(頻率為w》和 閑散光(頻率為"i);信號(hào)光通過一個(gè)成像凸透鏡(焦距為/)和濾光器后射向水下經(jīng)目標(biāo)物， 在目標(biāo)物上的反射光被光電探測(cè)器D!接收；閑散光自由傳播一段距離后，進(jìn)入由光纖組成的
掃描探測(cè)器D2;用掃描探測(cè)器D2的光纖輸入端進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描時(shí)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)函數(shù)來記錄探測(cè)
器Dt和D2的聯(lián)合探測(cè)圖像；當(dāng)滿足一定的條件時(shí)(下面將給予說明)，可得聯(lián)合探測(cè)圖像。
定義像距為s,， ^為從入射光信號(hào)在成像透鏡的入射面經(jīng)分束器到非線性晶體，然后再?gòu)姆蔷€性行晶體沿著閑散光的路徑到達(dá)圖像的距離，定義物距為&, S。為水下目標(biāo)物到成像 透鏡的距離，當(dāng)S， 5。和成像透鏡焦距/滿足薄透鏡高斯方程<formula>formula see original document page 5</formula>時(shí)可以得到聯(lián)合探
測(cè)下的圖像。
在探測(cè)過程中，物距S。是未知的，像距S與成像透鏡、分束器、非線性晶體、掃描光纖
之間的相對(duì)位置有關(guān)。根據(jù)高斯成像公式，通過調(diào)整像距s,，可以獲得聯(lián)合探測(cè)圖像。由s, /可以確定物距s。，進(jìn)而可以獲得目標(biāo)物在水下的深度。
在不考慮光的傳播方向，只是根據(jù)光學(xué)成像中的高斯成像方程，可以將系統(tǒng)設(shè)計(jì)的光路
部分簡(jiǎn)化到一條直線上進(jìn)行說明，如圖2所示。
若成像透鏡剛好放置在水面上，其焦距/為72m，像距S,為180m，即從入射光信號(hào)在成
像透鏡的入射面經(jīng)分束器到非線性晶體，然后再?gòu)姆蔷€性晶體沿著閑散光的路徑到達(dá)圖像(掃 描光纖輸入端平面處)的距離為180m，則根據(jù)薄透鏡高斯方程，物距&為120m，考慮到海 水折射率的影響(海水折射率在不同區(qū)域是不同的，折射率可以根據(jù)實(shí)際測(cè)量區(qū)域來確定)， 水下目標(biāo)到成像透鏡的幾何距離約為80m左右，即目標(biāo)物在水下的深度約為80m左右。
權(quán)利要求
1、利用關(guān)聯(lián)成像探測(cè)水下目標(biāo)的方法，含有如下步驟(1)將由非線性晶體產(chǎn)生的糾纏雙光子經(jīng)過分束器分為兩束光，并將兩束光分別用作信號(hào)光和閑散光；(2)將信號(hào)光通過一個(gè)成像凸透鏡和濾光器后射向水下目標(biāo)物；(3)設(shè)置光電探測(cè)器D1，收集經(jīng)目標(biāo)物反射后攜帶了目標(biāo)物信息的反射信號(hào)光；設(shè)置掃描探測(cè)器D2，收集自由傳播一段距離后的閑散光，探測(cè)器D1和D2相匹配；(4)用掃描探測(cè)器D2的光纖輸入端進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描時(shí)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)函數(shù)來記錄探測(cè)器D1和D2的聯(lián)合探測(cè)圖象；(5)定義水下目標(biāo)物到成像透鏡的距離為So，掃描光纖輸入端平面處的圖象到透鏡的距離為Si，Si包含著從成像透鏡背面經(jīng)分束器到非線性晶體，然后再?gòu)姆蔷€性行晶體沿著閑散光的路徑到達(dá)掃描光纖輸入端平面處的圖象的距離，當(dāng)So，Si和成像透鏡焦距f滿足薄透鏡高斯方程<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mfrac> <mn>1</mn> <msub><mi>S</mi><mi>o</mi> </msub></mfrac><mo>+</mo><mfrac> <mn>1</mn> <msub><mi>S</mi><mi>i</mi> </msub></mfrac><mo>=</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mi>f</mi></mfrac> </mrow>]]></math></maths>時(shí)可以得到聯(lián)合探測(cè)下的圖像，此時(shí)由Si、f就可以計(jì)算出物距So，獲得目標(biāo)物在水下的深度。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測(cè)方法，其特征是在探測(cè)過程中，物距S。是未知的，像 距S,與成像透鏡、分束器、非線性晶體、掃描光纖之間的相對(duì)位置有關(guān)，根據(jù)高斯成像公式， 通過調(diào)整像距《，可以獲得聯(lián)合探測(cè)圖像，由S,.， /可以確定物距S。，進(jìn)而可以獲得目標(biāo)物 在水下的深度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用關(guān)聯(lián)成像探測(cè)水下目標(biāo)的方法，利用量子糾纏效應(yīng)獲取一對(duì)量子糾纏雙光子，并分別用作信號(hào)光和閑散光，信號(hào)光經(jīng)成像透鏡射向目標(biāo)物，攜帶目標(biāo)物信息的反射光被探測(cè)器D₁接收；閑散光自由傳播一定距離后進(jìn)入由光纖做成的掃描探測(cè)器D₂，用光纖在輸入端平面動(dòng)態(tài)掃描時(shí)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)函數(shù)來記錄兩個(gè)探測(cè)器聯(lián)合探測(cè)圖象，進(jìn)而確定目標(biāo)物的圖象信息和目標(biāo)物所處的深度等。該方法可用于測(cè)量水深，探測(cè)識(shí)別暗礁、潛艇、魚群、水雷、失事船只，以及測(cè)繪海底地貌等，與遙感光譜成像技術(shù)相比，分辨率可以提高幾倍。
文檔編號(hào)G01S17/00GK101620273SQ20091011429
公開日2010年1月6日 申請(qǐng)日期2009年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月8日
發(fā)明者張麗娟, 熊顯名 申請(qǐng)人:桂林電子科技大學(xué)