基于时序编码的高时空分辨高灵敏探测系统及探测方法

技术领域

本发明涉及光学技术领域，特别涉及一种基于时序编码的高时空分辨高灵敏探测系统及探测方法。

背景技术

当空间望远镜到达指定位置后，其各个镜片进行展开，当望远镜可对金光进行收集时，在其同面部分设置光纤互联网棱镜系统，针对各片经首先进行逐个的光点追踪，在获得各光点位置后，通过调节各光点位置，将其调节至共同焦点

大口径空间可展开望远镜，在其在轨展开过程中，面临着探测动态范围与精度难以兼顾的难题。为了使系统出射波前接近理想波前的稀疏采样，需要抑制系统的共相误差，实现相干合成。传统合成孔径系统多采用猫眼系统等体光学元件实现光程调制，不仅体积较大，其装调也十分困难。

通过长基线光学和红外干涉仪可实现极高的角分辨率。但是传统的干涉阵列受到望远镜数量与基线配置自由度的限制，其后续数据处理十分依赖先验物理学与宇宙学模型。同时，集光面积的不足也导致后端仪器灵敏度无法进一步提升。目前，仅有美国威尔逊山天文台CHARA干涉阵列与和智利欧南台VLTI能够将四个以上1米望远镜的干涉成像。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提出一种基于时序编码的高时空分辨高灵敏探测系统及探测方法，利用光纤互联与口径重排技术，可充分利用现有的望远镜进行灵活的基线配置，通过提升空间分辨率，可实现更加精细的成像与几何测量。

为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

本发明提供一种基于时序编码的高时空分辨高灵敏探测系统，包括：耦合器、光纤和高灵敏探测器；

通过发射光束对待测物体进行照射后产生大量光束回波入射至

耦合器与光纤的数量相同，光纤上设置有光纤延迟线，利用光纤延迟线对光束回波进行相位延迟；

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使高灵敏探测器接收大视场下的待测物体的脉冲分布图；并根据脉冲分布图计算得到待测物体的距离。

优选地，不同光纤之间的光纤延迟线长度不同，即对光束回波的相位延迟量也不相同；即相位延迟量的大小由光纤延迟线的长度决

优选地，光纤上还设置由延迟补偿线，延迟补偿线用于对光纤延迟线产生的延迟量进行补偿，使相位延迟量更加精确。

本发明还提供一种基于时序编码的高时空分辨高灵敏探测方法，包括以下步骤：

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S2、通过高灵敏探测器进行探测得到待测物体在不同方向上的光子的脉冲分布图；

S3、通过高斯函数对脉冲分布图的外轮廓进行拟合并计算得到外

S4、根据时间Δt计算待测物体的距离ΔL，公式如下：

ΔL≥Δt·c/2n

其中，c为光束，n为介质折射率。

与现有的技术相比，本发明采用离散子孔径采样的方法，通过若干子孔径的采样，结合波前的本征模式分解，实现波前传感。采用了光纤互联架构，通过光波导进行光子的收集与传输，克服了大空间跨度光入对空间的占用大、重量大等缺点。

附图说明

图1是根据本发明实施例提供的基于时序编码的高时空分辨高灵敏探测系统的结构示意图。

图2是根据本发明实施例提供的基于时序编码的高时空分辨高灵敏探测方法的流程示意图。

其中的附图标记包括：待测物体1、耦合器2、延迟补偿线3、光开关4、光纤5、光纤延迟线51和高灵敏探测器6。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

图1示出了根据本发明实施例提供的基于时序编码的高时空分辨高灵敏探测系统的结构。

如图1所示，本发明实施例提供的基于时序编码的高时空分辨高灵敏探测系统的结构包括：待测物体1、耦合器2、延迟补偿线3、光开关4、光纤5、光纤延迟线51和高灵敏探测器6。

通过发射大量多角度的光束对待测物体1进行照射，光束对待测物体1照射后产生范围较大的光束回波入射至耦合器2中实现固态化探测，耦合器2根据待测物体1反射出的光束回波的范围进行等间距排列；

每个耦合器2通过光纤5与高灵敏探测器6进行连接，高灵敏探测器6用于接收上述光束回波并得到脉冲分布图。耦合器2与光纤5的数量相同，利用光纤进行相位延迟和有效降低光光子高灵敏探测器的死区时间，可进一步提升探测的时间与空间分辨率。通过多根光纤5的延迟，可将点探测器进行扩充，利用时间上的编码以实现面探测器相同的效果。

光纤5上还依次设置有延迟补偿线3、光开关4和光纤延迟线51。

采用拉伸光纤实现光程延迟，针对实际检测过程中的环境温度变化、振动与弯折等因素造成的干涉条纹对比度退化，利用条纹跟踪技术，进行光程差的闭环控制，保证波前的稳定，最终达到相干合成。

条纹跟踪技术的基本原理是依靠快速扫描条纹图案，将获得的干涉条纹的位置信息回馈给伺服控制器，实时计算每条基线随机变化的相延迟与群延迟，通过控制光学延迟线或促动器调节光程差，以使条纹抖动远小于条纹间隔，稳定条纹。

光纤延迟线51用于对耦合器2接收的散射光线的光程差进行延迟，不同光纤5之间的光纤延迟线51的长度不同，其产生的延迟量也不相同。

延迟量的大小由光纤延迟线51的长度决定。

延迟补偿线3用于对上述光纤延迟线51产生的延迟量进行补偿，使其更加精确。

光开关4用于控制其所在光纤光路的打开和关闭。光开关4用于进行时序编码，以降低不同光纤通道之间的串扰，实现高灵敏探测器6的大视场探测。

本发明利用不同光纤之间的光程调节，以实现整体光学耦合方向的调整，代替了传统的偏摆测量方法。

图2示出了根据本发明实施例提供的基于时序编码的高时空分辨高灵敏探测方法的流程。

如图2所示，本发明实施例提供的基于时序编码的高时空分辨高灵敏探测方法包括以下步骤：

S1、待测目标发出的光束通过不同光纤的相位延迟和光开关进行时序编码后入射至高灵敏度探测器中。

S2、通过高灵敏探测器进行探测得到待测物体在不同方向上的光子的脉冲分布图。

S3、通过高斯函数对脉冲分布图的外轮廓进行拟合并计算得到外

S4、根据时间Δt计算待测物体到本发明提供的探测系统的距离ΔL，公式如下：

ΔL≥Δt·c/2n

其中，c为光束，n为介质折射率；

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通过对目标连续发送光脉冲，然后利用传感器接收从待测物体返回的光，通过探测光脉冲的飞行(往返)时间来得到待测目标物的距离。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上

以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变