一种基于视场和边缘增强的上转换成像处理装置制造方法及图纸

一种基于视场和边缘增强的上转换成像处理装置，包括照明图像光束产生模块、拉盖尔高斯光束产生模块、上转换处理模块、成像模块；所述所述拉盖尔高斯光束产生模块包括依光路设置的泵浦激光器、用于调节泵浦光束偏振状态的第二偏振调制组件、涡流相位板、第一透镜、第二透镜。所述上转换处理模块包括组成上转换处理模块的第三透镜、二向色镜、PPKTP晶体、第四透镜。照明图像光束产生模块产生的照明光束经过第三透镜入射到二向色镜中，拉盖尔高斯光束产生模块产生的高斯泵浦光束入射到二向色镜中，两束光束在二向色镜中重叠一起向右经过PPKTP晶体后射入第四透镜。本发明专利技术基于SPC技术和FOV利用二阶非线性转换将近红外光转换为可见光，并显示出边缘增强和视场变大的图像。并显示出边缘增强和视场变大的图像。并显示出边缘增强和视场变大的图像。

【技术实现步骤摘要】
一种基于视场和边缘增强的上转换成像处理装置


[0001]本专利技术涉及激光技术、非线性光物理
和原子物理
，尤其涉及一种基于视场和边缘增强的上转换成像处理装置。

技术介绍

[0002]近红外(NIR)技术的光学成像系统在众多领域有着广泛应用，其中包括生物医学、监视和军事系统等领域。波长在1550nm左右的近红外光在激光雷达成像系统中的利用率很高，这个波段的波长有很多优点，如对眼睛无伤害，有良好的大气透明度。这个波长范围同样也适用于高峰值功率的激光器。目前现有的红外探测技术限制了直接红外成像技术的发展。所以将近红外照明转换为可见光谱的技术越来越重要。
[0003]成像中的相位对比可以追溯到上世纪30年代Frits Zernike在边缘检测方面所做的工作，在这项工作中，他提出了一种对透明物体进行微观观察的新方法。在光学成像系统中，发展了螺旋相位对比(SPC)技术，使用旋涡结构滤波器来增加强度和相位对象的对比度。后来在这项技术的发展过程中还利用了改进的螺旋相位全息图实现了人脸颊细胞SPC成像的定向阴影效应。由此可见，SPC技术应用的范围越来越广。在传统方法中通常使用宽带泵浦激光器、双光照波长、放大自发辐射(ASE)光源、晶体旋转和晶体内部的设计温度梯度来评估观察锥角的增加倍数，实现更广阔的视场(FOV)是图像系统长期追求的目标。边缘和视场增强技术的应用助于提高成像性能和灵敏度。

技术实现思路

[0004]为了将近红外光转换为可见光，并显示出边缘增强和视场变大的图像，为此，本专利技术提供一种基于视场和边缘增强的上转换成像处理装置。本专利技术采用以下技术方案：
[0005]一种基于视场和边缘增强的上转换成像处理装置，包括拉盖尔高斯光束产生模块，所述拉盖尔高斯光束产生模块包括依光路设置的泵浦激光器、用于调节泵浦光束偏振状态的第二偏振调制组件、涡流相位板、第一透镜、第二透镜。
[0006]具体地说，所述泵浦激光器属于波长为791nm钛宝石激光器。
[0007]具体地说，所述涡流相位板属于一个透明的介质圆片，它的厚度随辐角连续光滑的线性变化，旋转一周后，螺旋相位版表面形成一个高度为h的阶梯。高斯基模光束垂直入射拓扑电荷L＝1的涡流相位板，出射光束可以直接表示为入射光束乘以附加的相位项，就可以得到拉盖尔高斯光束。
[0008]具体地说，所述第一透镜和第二透镜构成第一4-f系统，共焦长度分别为300nm和150mm。将光束直径变为原来的一半。
[0009]具体地说，所述拉盖尔高斯光束产生模块在泵浦激光器后还设置有控制泵浦光束的偏振状态的第二偏振调制组件。
[0010]具体地说，还包括照明图像光束产生模块，所述照明图像光束产生模块包括依光路设置的二极管激光器、第一偏振调制组件、空间光调制器、用于控制空间光调制器的图像
输入的第一计算机；
[0011]具体地说，所述照明图像光束产生模块在二极管激光器后还设置有控制光束偏振状态的第一偏振调制组件。
[0012]具体地说，还包括上转换处理模块，所述上转换处理模块包括组成上转换处理模块的第三透镜、二向色镜、PPKTP晶体、第四透镜；照明图像光束产生模块产生的照明光束经过第三透镜入射到二向色镜中，拉盖尔高斯光束产生模块产生的高斯泵浦光束入射到二向色镜中，两束光束在二向色镜中重叠一起向右经过PPKTP晶体后射入第四透镜。
[0013]具体地说，所述PPKTP晶体机构为具有年轮型结构的准相位匹配的周期性极化晶体。
[0014]其中，所述周期性极化晶体为圆对称分层结构，且周期性极化方向垂直于相应随传播方向变化的波矢。
[0015]具体地说，所述周期性极化晶体的长度为33mm，孔径为2
×
1mm2，两端分别涂有524.8nm，1556.3nm和791.8nm的抗反射膜，其准相位匹配周期极化周期为19.4μm，采用自制的温度控制器对PPKTP晶体进行温度控制，温度稳定度为
±
0.002℃。
[0016]具体地说，所述第三透镜和第四透镜构成第二4-f系统，保持传输的光束参数不变。
[0017]具体地说，还包括成像模块，所述成像模块包括带通525nm滤波器、电荷耦合器件、用于显示图像并比对分析的第二计算机；所述带通525nm滤波器用于清理输出图像，带通滤波器是一个允许特定频段的波通过同时屏蔽其他频段的设备。该滤波器的最大带宽为10nm。所述低噪声高速电荷耦合器件 (BC106-VIS，Thorlabs)记录可见光转换图像。
[0018]本专利技术的优点在于：
[0019]1.现有技术是利用高斯基模光束与携带OAM载运的照明光束和频产生使得图像边缘增强，属于线性转换过程，本专利技术在PPKTP晶体里将携带OAM 载运的拉盖尔高斯光束和1556nm的照明光束和频产生过程属于二阶非线性转换过程。相对于现有技术，本专利技术装置结构更为简洁，对物体成像的效果特点更加明显。
[0020]2.本专利技术通过改变PPKTP晶体的温度，可以获得更广阔的成像视角。
[0021]3.螺旋相位衬度操作是基于和频产生的二阶非线性滤波过程，它使用 PPKTP晶体作为携带轨道角动量(OAM)的旋涡泵光束的非线性滤波器，从而实现了基于不可见光的可见边缘检测。非线性相互作用发生在晶体所在的第二 4-f系统的傅里叶谱平面上。这种方法将标准螺旋相位衬度的两步和上转换过程变成了一个单独的过程。
[0022]4.在以往的上转换螺旋相位衬度成像中，使用的是基于临界相位匹配的Ⅱ型KTP晶体1064nm倍频上转换螺旋相位衬度成像，它们的结构只能转换 1064nm的特定波长，且没有走离效应，这限制了波长的可调谐性。相比之下，在本专利技术实例中基于准相位匹配(QPM)的0型PPKTP晶体的上转换结构的优点是可以使用最大的非线性系数(d
33
)，同时没有走离现象。因此，在临界相位匹配方面，转换效率将高于KTP晶体，且具有更高的有效非线性系数。
[0023]5.通过适当设计晶体和涂层的QPM周期，我们可以获得任意波长的上转换成像。迄今为止，本专利技术实例首次利用涡旋泵光束在不同波段形成具有视场增强的图像，从而为多波段成像提供了一些可供选择的机会。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实施例提供的一种基于视场和边缘增强的上转换成像处理装置；
[0025]图2为本专利技术实施例中各模块组装后的整体装置图；
[0026]图3为本专利技术实施例提供的照明图像光束产生模块装置；
[0027]图4为本申请实施例提供的拉盖尔高斯光束产生模块装置；
[0028]图5为本专利技术实施例提供的上转换处理模块装置；
[0029]图6为本专利技术实施例提供的成像模块装置；
[0030]图7(a)-图7(c)为无SPC的的上转换图像；
[0031]图8(a)-图8(c)为有SPC的上转换图像；
[0032]图9为在不同温度下的上转换SPC图像；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于视场和边缘增强的上转换成像处理装置，其特征在于，包括照明图像光束产生模块(1)、拉盖尔高斯光束产生模块(2)、上转换处理模块(3)、成像模块(4)，在光路构造上，照明图像光束产生模块(1)与拉盖尔高斯光束产生模块(2)同时发出近红外波段的光束并同时进入上转换处理模块(3)进行两束光的和频，使和频产生的光束频率变大到可见光范围，最后在成像模块(4)中输出图像。2.根据权利要求1所述的一种基于视场和边缘增强的上转换成像处理装置，其特征在于，所述照明图像光束产生模块包括依次设置的二极管激光器(11)、第一偏振调制组件(12)、空间光调制器(13)、第一计算机(14)。3.根据权利要求2所述的一种基于视场和边缘增强的上转换成像处理装置，其特征在于，所述空间光调制器(13)在相干处理系统下输入非相干光图像或随时间变化的图像，由计算机控制下可在内部光束上附加图像信息。4.根据权利要求2所述的一种基于视场和边缘增强的上转换成像处理装置，其特征在于，所述二极管激光器(11)输出光束的波长范围为1.5μm-10μm。5.根据权利要求1所述的一种基于视场和边缘增强的上转换成像处理装置，其特征在于，所述拉盖尔高斯光束产生模块包括按光路依次设置的泵浦激光器(21)、第二偏振调制组件(22)、螺旋相位板(23)、第一4-f系统。6.根据权利要求5所述的一种基于视场和边缘增强的上转...

【专利技术属性】
技术研发人员：周志远，张万斌，郭光灿，
申请(专利权)人：青岛鲲腾量子应用技术有限公司，
类型：新型
国别省市：