一种基于模式匹配滤波的近红外单光子测距装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于单光子测距领域，提供了一种基于模式匹配滤波的近红外单光子测距装置，使用近红外光纤激光器作为光源，利用铌酸锂电光相位调制器对输出光进行半波相位延迟，以达到模式调制的效果，然后经密集波分复用器分束产生具有相同模式调制的泵浦信号和探测信号，将模式调制后的探测信号传输到测距光路系统中进行测距，另一路模式调制完的泵浦信号经过时间延迟器延时后与测距完成后的探测信号经过密集波分复用器合束进入周期极化磷酸氧钛钾

【技术实现步骤摘要】
一种基于模式匹配滤波的近红外单光子测距装置


[0001]本技术涉及单光子测距领域，尤其涉及一种基于模式匹配滤波的近红外单光子测距装置
。

技术介绍

[0002]单光子测距是基于单光子探测的脉冲飞行时间激光测距技术，采用单光子探测器与时间相关单光子符合计数技术相结合，可以实现单光子水平的高灵敏度，被广泛应用于远距离高精度激光测距，激光三维成像和星地激光时间传输测试等研究领域
。
在激光测距领域，提高测距精度是提升测距能力的重要方面，因此研究和发展单光子探测装置的高精度测距，具有重要的应用价值
。
[0003]近红外光电探测具有环境适应性好
、
隐蔽性好
、
不易被干扰的优点，在夜间和恶劣天候下的工作能力优于可见光
。
近年来
,
伴随着光通信
、
工业控制
、
人工智能等领域日益增长的探测需求
,
近红外光电探测也随之成为备受关注的焦点
。
[0004]目前，常见的单光子探测器包括基于量子点技术的单光子探测器
、
低温超导单光子探测器
、
基于
InGaAs/InPAPD
单光子探测器等，其中基于量子点技术的单光子探测器具有可在常温下进行光探测的潜力，且工作电压低，但是此类的探测器主要使用量子点捕获光生载流子来实现单光子的探测，其探测效率普遍不高；低温超导单光子探测器可以实现近
、
远红外波段的探测，具有较宽波段的探测范围，但其因计数率低
、
时间抖动大和极低温度要求等因素限制其广泛应用；另外，基于
InGaAs/InPAPD
单光子探测器可以实现在近红外波段进行探测，具有成熟的制作工艺和易于集成的特点，已经达到商业化的要求，但是其暗计数大，性能与可见光波段单光子探测器相差较远
。
[0005]由于单光子探测模块的性能优劣直接决定测距系统的测量精度，所以在实现单光子精密测距的过程中，尤其需要关注单光子探测器的探测效率高低和暗计数大小
。
而在可见光波段，硅雪崩光电二极管是目前应用最为广泛的一代单光子探测器件，其工作电压低
、
增益高
、
结构简单
、
具有很高的探测效率和较低的暗计数，性能远远高于近红外单光子探测器，被广泛应用于激光雷达
、
生物医学成像
、
光学测距等领域
。
本技术旨在使用简单的电光调制器装置对泵浦信号光和探测信号光进行相位处理，可以实现模式调制，使得泵浦信号光和探测信号光具有相同的模式调制，然后再经过上转换模块实现高效模式匹配，最后将近红外光转换成可见光后由可见光单光子探测器进行计数，从而实现单光子探测器的高精度测距
。
利用此方法和装置大大简化了操作过程，降低了对所用设备的操作精度和要求，降低了单光子测距中的外界噪声，提高了单光子远距精密测量的精度
。

技术实现思路

[0006]本技术提供了一种基于模式匹配滤波的近红外单光子测距装置，以解决单光子远距测量过程中外界噪声高和近红外单光子探测器探测效率低
、
暗计数大的问题，提高单光子远距测量的精度
。
[0007]本技术为解决技术问题所采取的装置：其特征在于包括一个近红外光纤激光器
、
一个铌酸锂电光相位调制器
、
两个密集波分复用器
、
一个时间延迟装置
、
一个测距光路系统
、
两个光纤准直器
、
一个
PPKTP
波导
、
一个温控装置
、
一个截止滤波片
、
一个可见光单光子探测器；所述近红外光纤激光器
101
作为光源，其输出端经传输光纤与铌酸锂电光相位调制器
102
连接用于对输出光进行半波相位延迟，以实现模式调制；经铌酸锂电光相位调制器
102
调制完成后的输出光经第一密集波分复用器
103
分束，选择第一密集波分复用器
103
波长匹配的两个输出端口
103
‑
4、103
‑6分别作为泵浦信号光和探测信号光；所述泵浦信号光经第一密集波分复用器的输出端口
103
‑4与时间延迟装置
104
连接，对其进行时延，以此来弥补泵浦信号光和探测信号光的时间差，使得它们同时到达第二密集波分复用器
106
波长相对应的输入端口；经时间延迟后的泵浦信号光经传输光纤与第二密集波分复用器
106
波长相匹配的输入端口
106
‑4连接；所述探测信号光经第一密集波分复用器的输出端口
103
‑6进入到测距光路系统
105
的接收端口
201
；经测距光路系统
105
完成测距后反射回来的探测信号光夹杂环境噪声由发出端口
205
发出，随后经传输光纤与第二密集波分复用器
106
波长相对应的输入端口
106
‑6连接；所述第一个光纤准直器
107
经传输光纤与第二个密集波分复用器
106
的输出端口连接，用于将合束光转换成空间光进入到
PPKTP
波导
108
中进行上转换模式匹配滤波；所述
PPKTP
波导
108
放置于一个温控装置
109
中使其能够在最佳温度下进行工作，其被设置用于将空间光进行上转换模式匹配滤波，其中与泵浦信号光模式相匹配的探测信号光发生参量上转换实现放大；噪声信号与泵浦信号光模式不匹配，无法发生参量上转换，不能得到放大；对于探测信号光，实现了模式匹配放大和滤波；所述截止滤波片
110
放置于
PPKTP
波导
108
之后，用于滤除波长较低的剩余泵浦光和杂散光；所述第二个光纤准直器
111
放置于截止滤波片
110
之后，经传输光纤与可见光单光子探测器
112
连接，用于将纯净的上转换信号光耦合进光纤然后传输到可见光单光子探测器
112
中进行收集与计数
。
[0008]本技术的有益效果：由于近红外光的暗计数噪声较大，近红外探测器的探测效率低，利用简单的铌酸锂电光相位调制器对输出光进行半波相位调制，通过密集波分复用器构建两个具有相同模式调制的探测信号光与泵浦信号光，利用此方法可以有效地滤掉环境噪声，大大提高信噪比，然后经过模式选择后再进入上转换模块中，其中与泵浦信号光模式相匹配的探测信号光发生参本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于模式匹配滤波的近红外单光子测距装置，其特征在于包括一个近红外光纤激光器
、
一个铌酸锂电光相位调制器
、
两个密集波分复用器
、
一个时间延迟装置
、
一个测距光路系统
、
两个光纤准直器
、
一个
PPKTP
波导
、
一个温控装置
、
一个截止滤波片
、
一个可见光单光子探测器；所述近红外光纤激光器
(101)
作为光源，其输出端经传输光纤与铌酸锂电光相位调制器
(102)
连接用于对输出光进行半波相位延迟，以实现模式调制；经铌酸锂电光相位调制器
(102)
调制完成后的输出光经第一密集波分复用器
(103)
分束，选择第一密集波分复用器
(103)
波长匹配的两个输出端口
(103
‑
4)、(103
‑
6)
分别作为泵浦信号光和探测信号光；所述泵浦信号光经第一密集波分复用器的输出端口
(103
‑
4)
与时间延迟装置
(104)
连接，对其进行时延，以此来弥补泵浦信号光和探测信号光的时间差，使得它们同时到达第二密集波分复用器
(106)
波长相对应的输入端口；经时间延迟后的泵浦信号光经传输光纤与第二密集波分复用器
(106)
波长相匹配的输入端口
(106
‑
4)
连接；所述探测信号光经第一密集波分复用器的输出端口

【专利技术属性】
技术研发人员：王卓，赵春柳，王海龙，陈君，张雄，丁哲文，占春连，金尚忠，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：新型
国别省市：