多波长路由器制造技术

本发明专利技术公开了一种多波长路由器

【技术实现步骤摘要】
多波长路由器、其加工方法、中波红外多光谱成像系统


[0001]本专利技术涉及了光谱成像
的一种光谱成像系统，具体涉及一种多波长路由器
、
其加工方法
、
中波红外多光谱成像系统
。

技术介绍

[0002]光谱成像技术是一种新型的利用单个或多个光谱通道进行光谱数据采集和处理
、
图像显示和分析解释的技术
。
其目的主要是想在获取大量目标窄波段连续光谱图像的同时获得每个像元几乎连续的光谱数据，目前光谱成像技术主要应用于高光谱航空
、
航天遥感领域
。
[0003]目前光谱成像系统主要面临以下几个技术难点：第一，推扫式和摆扫式的系统结构过于庞大复杂，无法匹配航空
、
航天领域小型化
、
轻量化的要求
。
第二，由于系统的局限性，无论是推扫还是摆扫都需要时间，导致无法得到同一时刻的光谱图像，缺少时效性
。
第三，传统的滤光片型成像光谱仪是通过一系列的窄带滤光片来进行分光，即每个滤光片只选通特定波长的光，其它光被吸收或反射，这些光并没有到达光电探测器，因此对检测到的信号没有贡献，有很大一部分的光能量被浪费了
。
[0004]颜色路由器可以根据可见光谱的不同部分，将所有入射光直接和无损耗地传送到预定颜色通道的光电探测器上的装置
。
随着平面光学的发展，新兴的光谱路由方案可以在频域和空域对光学实现全方位的操控，并能高效利用全光谱
。2022
年
X Zou
等人通过反向设计得到最佳0‑1编码结构实现彩色路由器
。
但超表面的单元较小，对于中波红外的大像素，加工复杂度变高，同时，0‑1编码的结构在自由度上受限
。2020
年
Philip
等人优化迭代三维纳米结构的聚合物立方体
(
堆叠多个二维层
)
来实现所需功能；
2022
年
Li
通过反向设计优化单层超表面结构，实现拜尔阵列的功能
。
但目前的颜色路由器多使用超表面材料，波长集中在可见光
。
并未出现利用衍射元件制作中波红外波段的颜色路由器
。
同时，常见的超表面材料在中波红外透过率较低
。

技术实现思路

[0005]为了解决
技术介绍
中存在的技术问题，针对传统中波红外光谱成像系统结构复杂
、
成本昂贵，光谱信息获取时效性低，滤光片能量利用率低等问题，本专利技术采用了一种基于多波长路由器的中波红外多光谱成像系统
。
本专利技术的目的是利用基于衍射元件的多波长路由器，实现快照式中波红外多光谱成像系统
。
该成像系统利用一片衍射元件覆盖红外探测器，实现不同波长的光线直接无损的路由到红外探测器不同位置的像素，可一次性同时获取中波红外目标及场景的空间和光谱信息
。
[0006]为达到以上目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一
、
一种多波长路由器
[0008]不同波长的平行光经所述多波长路由器后会聚在不同位置
。
[0009]二
、
一种多波长路由器的加工方法
[0010]1)
根据多波长路由器的目标光学参数，设置不同波长会聚在不同位置点扩散函数的目标函数，基于目标函数构建优化函数
FOM
；
[0011]2)
初始化平面元件的高度面；
[0012]3)
根据平面元件的初始高度面，基于优化函数
FOM
进行高度面的迭代优化后，获得平面元件的最优高度面，根据最优高度面对平面元件进行加工后获得多波长路由器
。
[0013]所述优化函数
FOM
的公式如下：
[0014][0015][0016][0017]其中，
N
表示采样波长总数，
ω
i
为权重因子，
a
为影响因子，
μ
i
表示能量效率，
∈
i
表示当前采样波长下其余波长带来的串扰，
I
i
(x
′
)
是第
i
个采样波长优化后在像面上的强度分布，
I
j
(x
′
)
是第
j
个采样波长优化后串扰信号的强度分布；
T
i
(x
′
)
为第
i
个采样波长下的目标函数值，
x
′
min
和
x
′
max
分别为目标函数中横坐标
x
′
的最小值和最大值
。
[0018]所述目标光学参数包括工作波段
、
分路数
c、
焦距
f
和工作波段探测器像元尺寸
。
[0019]所述焦距
f
的计算公式如下：
[0020]f
＝
p
×
2p/
λ
[0021]其中，
p
为工作波段探测器像元边长，
λ
为工作波段的平均波长
。
[0022]三
、
一种中波红外多光谱成像系统
[0023]所述中波红外多光谱成像系统包含所述的多波长路由器，多波长路由器沿光轴放置在光学系统和探测器之间
。
[0024]本专利技术的有益效果为：
[0025]本专利技术方法整体上只需在中波红外相机的像面前添加一片多波长路由器，很大程度上实现了光谱成像系统的小型化和轻量化
。
[0026]本专利技术方法获取图像和光谱信息在一次曝光时间内完成，具有时效性
。
[0027]本专利技术利用衍射元件分波长会聚的方式实现光谱成像，拥有更高的光谱透过率以及光线收集效率
。
[0028]本专利技术系统中无运动部件
、
结构稳定，同时实现技术较为成熟
、
成本低，有利于中波红外光谱成像系统的轻小型化，便于灵活搭载
。
附图说明
[0029]图1为本专利技术具体流程示意图
。
[0030]图2为优化后2×2像素的四条光谱透过率曲线
。
[0031]图3为2×2像素在不同波长对应的点扩散函数图像
。
[0032]图4为优化后衍射元件的高度图
。
[0033]图5为衍射元件优化的流程图
。
[0034]图6为会聚在非中心位置的衍射成像模型
。
[0035]图7本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种多波长路由器，其特征在于，不同波长的平行光经所述多波长路由器后会聚在不同位置
。2.
根据权利要求1所述一种多波长路由器的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)
根据多波长路由器的目标光学参数，设置不同波长会聚在不同位置点扩散函数的目标函数，基于目标函数构建优化函数
FOM
；
2)
初始化平面元件的高度面；
3)
根据平面元件的初始高度面，基于优化函数
FOM
进行高度面的迭代优化后，获得平面元件的最优高度面，根据最优高度面对平面元件进行加工后获得多波长路由器
。3.
根据权利要求2所述一种多波长路由器的加工方法，其特征在于，所述优化函数
FOM
的公式如下：的公式如下：的公式如下：其中，
N
表示采样波长总数，
ω
i
为权重因子，
a
为影响因子，
μ
i
表示能量效率，
∈
i
表示当前采样波长下其余波长带来的串扰，
I
i
(x
′
)
是第
i
个采样波长优化后在像面上的强度分布，
I
j
(x
′...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐之海，陈世錡，胡海泉，陈跃庭，李奇，冯华君，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：