光学测距制造技术

一种光学测距装置和光学测距方法。所述方法包括以下步骤：用超泊松计时统计量产生光；将所述光分裂成参考光束和探测光束，并将所述探测光束指向自由空间中的目标；通过所述参考光束照射第一单光子探测器；经所述自由空间中的目标反射后，通过所述探测光束照射第二单光子探测器；检测所述参考光束和经反射的所述探测光束中的量子相关光子的检测之间的时间差，以确定所述装置与所述目标之间的距离。以确定所述装置与所述目标之间的距离。以确定所述装置与所述目标之间的距离。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光学测距


[0001]本专利技术广泛涉及一种光学测距的方法和装置，尤其涉及利用光中的量子相关性与超泊松光子统计的光学测距。

技术介绍

[0002]在整个说明书中对现有技术的任何提及和/或讨论都不应以任何方式被视为承认该现有技术是众所周知的或构成该领域常识的一部分。
[0003]基于量子的雷达或光探测和测距，激光雷达，已被提议作为一种测距机制。例如，题为“使用纠缠量子粒子的雷达系统和方法”的US7375802B2使用复杂且昂贵的纠缠光子对源，并具有相关的多个故障点。
[0004]本专利技术的实施例寻求解决上述问题的至少一个。

技术实现思路

[0005]根据本专利技术的第一方面，提供了一种光学测距装置，包括：
[0006]光源，其被配置成产生具有超泊松计时统计量的光；
[0007]光学模块，其用于将所述光分裂为参考光束和探测光束，并用于将所述探测光束指向自由空间中的目标；
[0008]第一单光子探测器，其配置为通过所述参考光束照明；
[0009]第二单光子探测器，其配置用于通过所述自由空间中的目标反射后由所述探测光束照明；
[0010]计时模块，联接到所述第一单光子探测器和所述第二单光子探测器，用于检测所述参考光束和经反射的所述探测光束中量子相关光子的检测之间的时间差，以确定所述装置与所述目标之间的距离。
[0011]根据本专利技术的第二方面，提供了一种光学测距方法，包括以下步骤:
[0012]用超泊松计时统计量产生光；
[0013]将所述光分裂成参考光束和探测光束，并将所述探测光束指向自由空间中的目标；
[0014]通过所述参考光束照射第一单光子探测器；
[0015]经所述自由空间中的目标反射后，通过所述探测光束照射第二单光子探测器；
[0016]检测所述参考光束和经反射的所述探测光束中量子相关光子的检测之间的时间差，以确定所述装置与所述目标之间的距离。
[0017]附图简要说明
[0018]本专利技术的实施例将从以下书面描述中更好地理解并且容易地向本领域的普通技术人员所理解和显而易见，仅作为示例，并结合附图，其中：
[0019]图1示出了根据示例实施例的测距方法和装置的示意图；
[0020]图2显示了根据示例实施例的反射的探测光束和参考光束之间光检测时间差的双
光事件重合直方图迹线；
[0021]图3示出了根据示例实施例的测距方法和装置的示意图；
[0022]图4示出了根据示例实施例的测距方法和装置的示意图；
[0023]图5示出了根据示例实施例的光学测距方法的流程图。
具体实施方式
[0024]本专利技术的实施例利用超泊松光子统计光中的量子相关性来执行距离测量，例如可应用于自动驾驶车辆中的量子雷达或激光雷达模块。
[0025]布朗，R.汉伯里；崔思，R.Q.(1956):两个相干光束中光子的相关性，自然，177(4497):27
‑
29.(1956)(Brown,R.Hanbury；Twiss,R.Q.(1956):Correlation between Photons in two Coherent Beams of Light,Nature.177(4497):27
–
29.(1956))描述了在示例实施例中使用的光子相关技术。这种现象现在被称为Hanbury
‑
Brown和Twiss效应、HBT效应或强度干涉测量法，以前曾被用于测量恒星的表观大小。最近，该技术已被应用于表征非经典光源(如单光子源)发出的光的光子统计。
[0026]图1显示了根据示例实施例，基于具有超泊松光子统计的光源的量子波动的测距方法和装置100的示意图。光源102产生具有特征强度相关的光场，称为时间光子聚束特征。偏振器，这里以线性偏振器104的形式，有助于增加这种特征强度相关性，作为测量过程的计时标号。该光场的一部分由非偏振分束器106分离并发送到目标108，该光场的另一部分通过一个校准器(这里以法布里
‑
珀罗固体标准子110的形式)和干涉滤光器(这里以干涉滤光器112的形式)的组合定向，以选择窄波长范围到单光子探测器114上。从目标108返回的光场通过非偏振分束器113，通过与元件110、112相比具有相同元件116、118的滤波器组合传递到第二个单光子探测器120。对两个光探测事件流进行计时分析，可以重建反射的探测光束122和参考光束124之间的延迟时间，从而进行距离测量。
[0027]更详细地说，在示例实施例中使用的光源102是工作在激光阈值以下的半导体二极管激光器，因此在工作在激光阈值以上时发射具有超泊松光子统计而不是泊松光子统计的光126。
[0028]正如技术人员将会理解的那样，超泊松光子统计具有比泊松光子统计更宽的光谱包络，表现出方差Δn2><n>的统计分布，而泊松光子统计的方差Δn2＝<n>则相反。超泊松光子统计用于在光126场上刻印时间特征，然后用于测量从设备100到目标108再返回的往返(2*距离，d)时间，如下所述。
[0029]该光126使用准直器103进行准直，并通过线性偏振器104发送，以增加探测器114,120看到的偏振光126b中的时间光子束特征。我们注意到具有相同空间模式、偏振模式和光谱分布的超泊松统计光子在相干时间尺度内是相关的；因此，它们的偏振模式重叠之间的任何差异都会降低参考光束和探测光束之间的相关性，从而降低可测量的时间光子聚束特征。因此，使用偏振器(在非限制性示例中为线性偏振器104)来增强相同的偏振，增加了时间光子聚束特征。
[0030]偏振光126b通过非偏振光分束器106发送到在自由空间中发送到感兴趣的目标108的探测光束122和保留在装置100封装内的参考光束124。
[0031]探测光束122被发送到目标108，反射的探测光束122可以通过与向外轨迹上相同
的自由空间光路和孔径128被收集。
[0032]到目标108的距离d与反射的探测光束122的飞行时间乘以光速并除以2有关。
[0033]反射的探测光束122和参考光束124通过相同但独立的光谱滤波模块130、132发送。
[0034]每个光谱滤波模块130、132首先包括法布里
‑
珀罗固体标准子110、116。标准子110、116经过温度调整以确定其峰值透射波长。法布里
‑
珀罗标准子是形成光场的共振结构的两个部分反射表面的排列，对于一组规则的波长是透明的，如本领域技术人员所理解的。
[0035]各光谱滤波模块130、132的第二级是通带为几纳米的干涉滤光片112、118。这有助于进一步选择通过标准子110、116传输的特定波长范围，并用于测距。
[0036]然后用透镜134、136聚焦反射的探测光束122和参考光束本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.根据本发明的第一个方面，提供了一种光学测距装置，包括：光源，其被配置成产生具有超泊松计时统计的光；光学模块，其用于将所述光分裂为参考光束和探测光束，并用于将所述探测光束指向自由空间中的目标；第一单光子探测器，其配置为通过所述参考光束照明；第二单光子探测器，其配置为通过所述自由空间中的目标反射后由所述探测光束照明；计时模块，其联接到所述第一单光子探测器和所述第二单光子探测器，用于检测所述参考光束和经反射的所述探测光束中的量子相关光子的检测之间的时间差，以确定所述装置与所述目标之间的距离。2.如权利要求1所述的装置，包括偏振器，其用于在所述光分裂之前偏振由所述光源产生的光，以增加从所述光源发出的所述光的时间光子聚束特征。3.如权利要求1或2所述的装置，包括一个或多个光学元件，用于在所述第一探测器和所述第二探测器检测之前对所述参考光束和经反射的所述探测光束进行带通滤波。4.如权利要求3所述的装置，其中，用于滤波的所述一个或多个光学元件分别包括用于所述参考光束和经反射的所述探测光束的一个或多个相同组件的多个组。5.如权利要求3所述的装置，其中，用于滤波的所述一个或多个光学元件包括用于所述参考光束和经反射的所述探测光束的一个或多个相同组件的一组。6.如权利要求1至5中任一项所述的装置，包括一个或多个相干元件，用于增强所述目标光束的空间相干性，以增加所述目标光束在自由空间中的范围和/或用于优化所述参考光束和所述探测光束之间的光学相干性。7.如权利要求1至6中任一项所述的装置，其中，所述光源包括由配置为产生低于激光阈值的光的激光源、超发光二极管、亚阈值气体或固态激光器(包括半导体激光器)、发光二极管、弧光灯、白炽灯泡、太阳光和星光、黑体散热器和跳模激光器组成的一组中的一个。8.如权利要求1至7中任一项所述的装置，其中，所述第一探测器和所述第二探测器中的每一个都能够以与光子的相干时间相称或更高的计时精度来探测单个...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈秉楷，克里斯蒂安，
申请(专利权)人：新加坡国立大学，
类型：发明
国别省市：