[发明专利]基于量子点折射率调制的全光读出红外成像系统

说明书

技术领域

本发明属于红外成像技术领域，特别是涉及一种基于量子点折射率调制的全光读出红外成像系统，该系统可实现高速、高分辨率红外成像，并能实现红外光谱扫描。

背景技术

现有技术中，公开的红外成像系统主要是基于热辐射计原理和光电探测原理。然而，目前两者都无法实现高分辨率成像，现有的红外成像系统最高分辨率为1百万像素，并且价格昂贵。基于热辐射计原理红外成像系统，分辨率低于1百万像素，响应速度慢（约为10^-3秒）；采用光电探测原理的红外成像系统，如基于量子阱和量子点阵列结构[见参考文献1-4]的光电探测器，两者均采用电读出方式（即红外光照射到量子阱或者量子点上，产生自由载流子，并形成光电流或者光电压，测量相应的电流或者电压获取相应的红外光强度信号），虽然具有很快的响应速度（可达到10^-9秒以上），但由于设计和加工工艺上的因素，难以突破1百万像素的分辨率。总之，现有技术无法实现高分辨率红外成像，更难于同时实现高速、高分辨率红外成像，也难以实现红外光谱扫描。这大大限制了红外成像系统的应用和相关应用领域的发展。

参考文献：

1、Liu, H.C., Quantum Dot Infrared Photodetector. Opto-electronics review 11(1),1-5 (2003)；

2、Dong Pan and Elias Toweb,Photovoltaic Quantum-dot Infrared Detectors, Appl. Phys. Lett.76(22), 3301-3303(2000). ；

3、Lucjan Jacak, Pawel Hawrylak, Arkadiusz Wójs, Quantum Dots, Springer, New York, 1998.；

4、Mitsuru Sugawara, Self-Assembled InGaAs/GaAs Quantum Dots, Semiconductors and Semimetals, Volume 60, Academic Press, San Diego, USA, 1999.。

 

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供的一种高速、高分辨率、可实现光谱扫描的基于量子点折射率调制的全光读出红外成像系统。

本发明通过以下技术方案来加以实现：

基于量子点折射率调制的全光读出红外成像系统，它包括有红外成像光学元件、调制光束合束器、量子点折射率调制器、光学移相器、激光光源、准直透镜或抛物面反射镜、光学分束器、反射镜、干涉光束合束器和近红外光或可见光相机组成。

所述系统中各部件的光路关系如下：

所述成像系统分为两个相对独立的光路：分别是调制-读出光路和参考光路；其中调制-读出光路上沿入射光传播方向的元件依次为：红外成像光学元件、调制光束合束器、量子点折射率调制器、光学移相器、干涉光束合束器和近红外光或可见光相机；参考光路上沿入射光传播方向的元件依次为：激光光源、准直透镜或抛物面反射镜、光学分束器和反射镜。

系统通过红外成像光学元件将红外物体成像于量子点折射率调制器；由激光光源产生近红外光或可见光，通过准直透镜或抛物面反射镜准直后，经过光学分束器分为读出光和参考光。

所述读出光经过调制光束合束器与物体在量子点折射率调制器上的红外像重合，通过量子点折射率调制器的量子点三能级系统相位调制特性，红外像的红外光强信号被转换成为读出光的相位信号；该读出光进一步通过光学移相器产生一个附加的                                                相位（其中n为任意整数，为圆周率）。

所述参考光通过反射镜、干涉光束合束器与通过光学移相器之后的读出光重合在近红外光或可见光相机上。

通过近红外光或可见光相机读取参考光和读出光的干涉光强，最终将读出光携带的相位信号还原成为红外图像的光强信号，从而利用近红外光或可见光相机获取物体的红外图像。

所述量子点折射率调制器是由多层高密度量子点阵列结构构成的折射率调制器。