[发明专利]基于分布式半导体激光阵列的关联成像装置及方法

说明书

本发明提供一种基于分布式半导体激光阵列的关联成像装置及方法，包括：激光调制模块预设时间段内根据预设频率控制所述激光阵列模块各单元的开关状态，根据预设光强信息确定每一激光单元的发射功率；激光阵列模块发射激光光束；透镜模块对激光光束进行整形和准直处理；回波接收模块对经目标反射的光束进行收集；探测模块获取回波光信号的强度；关联模块获取目标物体的子图像；图像重构模块根据预设时段内目标物体所有的子图像获取目标物体的图像。将分布式半导体激光阵列作为光源与探测模块相结合，增大了照明光场的强度，减小了回波光信号收集的难度，可获得更远的探测距离，采用垂直腔面发射激光器阵列作为激光单元，使激光功率利用率高。

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，更具体地，涉及一种基于分布式半导体激光阵列的关联成像装置及方法。

背景技术

目前，基于强度关联的光学成像技术，又称为鬼成像。是将具有空间强度涨落的光场照射到目标物体上，经过多次采集目标物体反射的回波信号，与所述空间强度涨落的光场信息关联计算，得到清晰的目标物体图像。关联成像最早利用纠缠双光子对实现，最近几年的理论和实验研究表明，采用热光源或赝热光源同样可以实现关联成像。而真实的热光场通常相干时间短、亮度低，一般探测器难以捕捉其强度涨落。相比于纠缠双光子光源，赝热光源相对容易获得；相比于热光源，赝热光源有更好的相干性，更高的亮度，因而赝热光源具有更为广阔的应用前景。

在现有技术下，赝热光源主要是通过激光束照射旋转的毛玻璃、或光散射板、或随机相位板、或空间光调制器产生，这几种赝热光场制备方式对激光光源的输出功率均有不同程度的损耗，造成激光输出功率的利用效率较低。由于DMD的液晶材料的光损失阈值低，不适宜使用在需要高激光能量的远距离探测中。正是由于现有技术在照明光调制环节对激光输出功率利用效率低的不足，许多技术的研究重点在回波的增强上。

现有技术中公开的一种基于光放大的关联成像系统及方法。该发明利用DMD对激光光源进行调制，产生具有强度涨落的调制光场。调制光场经目标物体反射或透射后进入微纳光学谐振腔单元，并被放大后输出，由同探测器对微纳光学谐振腔的输出光进行探测。由于此发明微纳光学谐振腔置于探测模块之前，尽管放大了回波信号光，但同时也放大了杂散光，影响成像的信噪比。

现有技术中公开的一种高亮度脉冲式赝热光源。此赝热光源通过激光发射高功率脉冲激光，经旋转的毛玻璃进行特定调制，形成空间强度随机分布的赝热光场。此发明由于激光经毛玻璃调制后形成随机的激光散斑，且此激光散斑没有规律可循，不能重复利用。故在实际的关联成像系统中，需要分光镜来分出一路光束作为参考光路，与探测器收集到的经目标物体反射的携带目标物体光强涨落信息的信号光进行关联计算得到目标物体的像。此外，由于毛玻璃对光的损耗较大，且经过毛玻璃后形成的空间强度随机分布的赝热光场，由于毛玻璃的散射作用严重，导致赝热光场发散严重，对激光的利用率低。

现有技术中公开的使用扩束器对激光器产生的激光进行扩束，并将扩束后的激光输出至空间光调制器，再由空间光调制器如DMD或者SLM对激光束作特定调制形成空间强度随机分布的赝热光场。由于DMD和SLM的损伤阈值较低，也就是说对器件造成不可逆的物理损伤时所对应的最低激光能量，DMD的损伤阈值为10MW/cm²@10ns，SLM为2W/cm²@10ns。不适合使用在高功率应用场合，因此限制了其在远距离探测中的应用。另外，由于红外光波长与DMD微镜片尺寸相近，产生的衍射效应比可见光入射时显著，从而导致图像对比度明显下降，对红外场景成像质量造成影响。

综上，现有的关联探测成像距离较短，并且激光在传输过程中的能量损耗较大。

发明内容

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种基于分布式半导体激光阵列的关联成像装置及方法。