利用关联成像探测水下目标的方法技术

本发明专利技术提供了一种利用关联成像探测水下目标的方法，利用量子纠缠效应获取一对量子纠缠双光子，并分别用作信号光和闲散光，信号光经成像透镜射向目标物，携带目标物信息的反射光被探测器Ｄ↓［１］接收；闲散光自由传播一定距离后进入由光纤做成的扫描探测器Ｄ↓［２］，用光纤在输入端平面动态扫描时对应的坐标函数来记录两个探测器联合探测图象，进而确定目标物的图象信息和目标物所处的深度等。该方法可用于测量水深，探测识别暗礁、潜艇、鱼群、水雷、失事船只，以及测绘海底地貌等，与遥感光谱成像技术相比，分辨率可以提高几倍。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水下目标的探测，即用量子纠缠效应产生的双光子分别作为信号光和闲散光 去探测水下目标的方法。
技术介绍
目前进行水下目标探测的方法是利用遥感光谱成像技术将光源辐射到水面，通过比较 水面的反射信息和进入水中经目标物的反射光信息来获取水下目标图像信息。水面的反射光 强度与水面状况有关，但除了发生镜面反射的情况外， 一般仅占到入射光的3.5%左右；部分 透射进水中的光被水中悬浮泥沙和有机生物散射，构成水中散射光，其中返回水面的部分称 为后向散射光；部分透射进水中的光到达目标物(或水底)再反射，构成目标物(或水底) 反射光，这部分光携带了目标物(或水底)的信息，与后向散射光共同组成离水反射光；遥 感器接收到的光包括水面反射光、离水反射光和天空散射光。通过遥感探测可提取水色、水 深和海底地貌、目标物水下深度和形状等各方面的信息。但遥感光谱成像技术的分辨率不是 很高。
技术实现思路
本专利技术的目的是要提供一种，这种方法可大大提高光 谱成像的分辨率。实现本专利技术目的技术方案是-用一束高频率(频率为W,)激光去照射二阶非线性晶体，每湮没一个高频光子，就会同时产生两个低频光子，将它们并分别用作信号光和闲散光。信号光经成像透镜射向目标物， 携带目标物信息的反射光被探测器Di接收；闲散光自由传播一定距离后进入由光纤做成的扫 描探测器D2，用光纤在输入端平面动态扫描时对应的坐标函数来记录两个探测器联合探测图 像，进而确定目标物的图像信息和目标物所处的深度等。 本专利技术探测水下目标的方法，包括如下步骤(1) 将由非线性晶体产生的纠缠双光子经过分束器分开，形成两束光，并将两束光分别 用作信号光和闲散光；(2) 让信号光通过一个成像凸透镜后射向水下目标物；(3) 设置光电探测器D!，收集经目标物反射后携带了目标物的信息的反射信号光；(4) 设置扫描探测器D2，收集自由传播一段距离后的闲散光，探测器D,和D2相匹配；(5) 用扫描探测器D2的光纤输入端进行动态扫描时对应的坐标函数来记录探测器Di和D2的联合探测图像；(6) 定义像距为S， S,为从入射光信号在成像透镜的入射面经分束器到非线性晶体，然后再从非线性行晶体沿着闲散光的路径到达图像(扫描光纤输入端平面处)的距离，定义物距为s。， s。为水下目标物到成像透镜的距离。调整像距s,，当s,， s。和成像透镜焦距/满 足薄透镜高斯方程1 1 1—+ ————s。 & /时可以得到联合探测下的图像，此时，由s,， /可以计算出物距s。，进而获得目标物在水下的深度。本方法经用透射成像的实验验证，结果表明是可行的，该实验方法是将反射型目标物 换成透射型镂空模板，而信号光透过镂空模板进入探测器D!，其余装置保持不变。此时物距S。为镂空模板到成像透镜的距离；像距S,仍为从入射光信号在成像透镜的入射面经分束器到非线性晶体，然后再从非线性行晶体沿着闲散光的路径到达图像(扫描光纤输入端平面处) 的距离。当设置物距S。 =600 7w，像距S, =1200ww,成像透镜焦距/ = 400附附时，恰好得到了放大两倍的清晰模板图像。可以看出，S。， S,， /满足高斯公式。 本方法探测水下目标的深度可达80m左右。本探测方法的优点是可以测量水深，探测识别暗礁、潜艇、鱼群、水雷、失事船只， 以及测绘海底地貌等，与以往的遥感光谱成像技术相比，分辨率可以提高几倍。 附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的阐述。 图1为利用关联成像探测水下目标示意图； 图2为图1光路部分在直线上的展开图。 具体实施例方式本探测方法需要的仪器设备包括高频率激光光源、非线性晶体、分束器、成像透镜、滤 光器、光电探测器、二维扫描光纤探测器和联合探测装置。其探测方法是用一束高频率(频 率为cot)激光去照射二阶非线性晶体，每湮没一个高频光子，就会同时产生两个低频光子， 形成双光子光源；用分束器将双光子光源分为两个不同方向，分别作信号光(频率为w》和 闲散光(频率为"i);信号光通过一个成像凸透镜(焦距为/)和滤光器后射向水下经目标物， 在目标物上的反射光被光电探测器D!接收；闲散光自由传播一段距离后，进入由光纤组成的扫描探测器D2;用扫描探测器D2的光纤输入端进行动态扫描时对应的坐标函数来记录探测器Dt和D2的联合探测图像；当满足一定的条件时(下面将给予说明)，可得联合探测图像。定义像距为s,， ^为从入射光信号在成像透镜的入射面经分束器到非线性晶体，然后再从非线性行晶体沿着闲散光的路径到达图像的距离，定义物距为&, S。为水下目标物到成像 透镜的距离，当S， 5。和成像透镜焦距/满足薄透镜高斯方程<formula>formula see original document page 5</formula>时可以得到联合探测下的图像。在探测过程中，物距S。是未知的，像距S与成像透镜、分束器、非线性晶体、扫描光纤之间的相对位置有关。根据高斯成像公式，通过调整像距s,，可以获得联合探测图像。由s, /可以确定物距s。，进而可以获得目标物在水下的深度。在不考虑光的传播方向，只是根据光学成像中的高斯成像方程，可以将系统设计的光路部分简化到一条直线上进行说明，如图2所示。若成像透镜刚好放置在水面上，其焦距/为72m，像距S,为180m，即从入射光信号在成像透镜的入射面经分束器到非线性晶体，然后再从非线性晶体沿着闲散光的路径到达图像(扫 描光纤输入端平面处)的距离为180m，则根据薄透镜高斯方程，物距&为120m，考虑到海 水折射率的影响(海水折射率在不同区域是不同的，折射率可以根据实际测量区域来确定)， 水下目标到成像透镜的几何距离约为80m左右，即目标物在水下的深度约为80m左右。权利要求1、，含有如下步骤(1)将由非线性晶体产生的纠缠双光子经过分束器分为两束光，并将两束光分别用作信号光和闲散光；(2)将信号光通过一个成像凸透镜和滤光器后射向水下目标物；(3)设置光电探测器D1，收集经目标物反射后携带了目标物信息的反射信号光；设置扫描探测器D2，收集自由传播一段距离后的闲散光，探测器D1和D2相匹配；(4)用扫描探测器D2的光纤输入端进行动态扫描时对应的坐标函数来记录探测器D1和D2的联合探测图象；(5)定义水下目标物到成像透镜的距离为So，扫描光纤输入端平面处的图象到透镜的距离为Si，Si包含着从成像透镜背面经分束器到非线性晶体，然后再从非线性行晶体沿着闲散光的路径到达扫描光纤输入端平面处的图象的距离，当So，Si和成像透镜焦距f满足薄透镜高斯方程<maths id="math0001" num="0001" ><math><!]></math></maths>时可以得到联合探测下的图像，此时由Si、f就可以计算出物距So，获得目标物在水下的深度。2、 根据权利要求1所述的探测方法，其特征是在探测过程中，物距S。是未知的，像 距S,与成像透镜、分束器、非线性晶体、扫描光纤之间的相对位置有关，根据高斯成像公式， 通过调整像距《，可以获得联合探测图像，由S,.， /可以确定物距S。，进而可以获得目标物 在本文档来自技高网...

【技术保护点】
利用关联成像探测水下目标的方法，含有如下步骤：　（１）将由非线性晶体产生的纠缠双光子经过分束器分为两束光，并将两束光分别用作信号光和闲散光；　（２）将信号光通过一个成像凸透镜和滤光器后射向水下目标物；　（３）设置光电探测器 Ｄ↓［１］，收集经目标物反射后携带了目标物信息的反射信号光；设置扫描探测器Ｄ↓［２］，收集自由传播一段距离后的闲散光，探测器Ｄ↓［１］和Ｄ↓［２］相匹配；　（４）用扫描探测器Ｄ↓［２］的光纤输入端进行动态扫描时对应的坐标函数来记录探测 器Ｄ↓［１］和Ｄ↓［２］的联合探测图象；　（５）定义水下目标物到成像透镜的距离为Ｓ↓［ｏ］，扫描光纤输入端平面处的图象到透镜的距离为Ｓ↓［ｉ］，Ｓ↓［ｉ］包含着从成像透镜背面经分束器到非线性晶体，然后再从非线性行晶体沿着闲散光的路径到 达扫描光纤输入端平面处的图象的距离，当Ｓｏ，Ｓｉ和成像透镜焦距ｆ满足薄透镜高斯方程　１／Ｓ↓［０］＋１／Ｓ↓［ｉ］＝１／ｆ　时可以得到联合探测下的图像，此时由Ｓ↓［ｉ］、ｆ就可以计算出物距Ｓ↓［ｏ］，获得目标物在水下的深度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：熊显名，张丽娟，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：45[中国|广西]