一种高信噪比量子安全三维成像装置及方法制造方法及图纸

技术编号：40910960 阅读：2 留言：0更新日期：2024-04-18 14:39

本发明专利技术提供了一种高信噪比量子安全三维成像装置及方法，属于激光雷达成像领域。所述装置包括激光器、第一环形器、第一分束器、第二分束器、传输元件、波分复用器、可调延时线、反射模块、传输编码模块、衰减器、第二环形器、准直器、扫描振镜、偏振处理及分束模块、非线性波导、带通滤波片、第一单光子探测器和第二单光子探测器，所述装置抵消了长短臂光程差变化，不存在相位漂移问题，具有较低的误码率。利用所述装置进行成像时，有效滤除与信号光子的波长、偏振、时间相同而时频模式不同的噪声光，提高探测结果的信噪比，进而提高成像的信噪比。

全部详细技术资料下载

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于激光雷达成像领域，尤其涉及一种高信噪比量子安全三维成像装置及方法。

技术介绍

1、在当今社会，雷达成像技术在诸多领域具有广泛的应用。一些特定领域，如无人驾驶、侦察探测等领域，对雷达成像系统的抗干扰和欺骗的能力具有较高的要求。然而，常规的成像系统一般采用经典信号作为照射目标的信号，能够被精确测量并复制，因而无法抵御干扰欺骗。为了提高成像系统的抗欺骗干扰能力，m. malik等人于2012年提出（malik m,et al, quantum-secured imaging. applied physics letters, 2012, 101(24):241103.）量子安全成像的概念，利用量子态具有不可克隆、测量塌缩等特性，通过对光子进行偏振编解码并检测误码率来进行实时监测，从而可以有效识破干扰机的截获重发欺骗干扰。但是该方案采用偏振编码，由于偏振态会受到大气扰动和目标散射的影响而发生明显变化，使得无欺骗干扰时仍会得到较高的误码率，导致虚警率过高。另外，由于该方案采用常规的干涉滤波器进行滤波，只能滤除与回波光子波长不一致的杂散光，而无法滤除波长一致，但是处于不同时频模式的噪声光子，使得成像信噪比受限。而现有技术中激光雷达成像方案采用较高的发射功率，所发射的光脉冲不具有量子态特性，无法用于干扰监测，因此不具备抗干扰欺骗的功能。

技术实现思路

1、为解决偏振解码误码率高、成像信噪比低的技术问题，本专利技术提供了一种高信噪比量子安全三维成像装置及方法，所采用的技术方案如下：</p>

2、一方面，本专利技术提供了一种高信噪比量子安全三维成像装置，包括：

3、激光器、第一环形器、第一分束器、第二分束器、传输元件、波分复用器、可调延时线、反射模块、传输编码模块、衰减器、第二环形器、准直器、扫描振镜、偏振处理及分束模块、非线性波导、带通滤波片、第一单光子探测器和第二单光子探测器，其中，

4、所述第一环形器的第一端口、第二端口、第三端口分别对应连接激光器、第一分束器的输入端口、第二单光子探测器；

5、所述第一分束器的两个输出端口分别连接第二分束器的两个输入端口，构成具有长短臂的不等臂干涉仪；

6、所述第二分束器的两个输出端口分别连接传输元件的第一端口和偏振处理及分束模块的一个输出端口；

7、所述传输元件的第二端口和第三端口分别对应连接波分复用器的输入端口和非线性波导的输入端口；

8、所述非线性波导的输出端口通过带通滤波片连接第一单光子探测器；

9、所述波分复用器的一个输出端口通过可调延时线连接反射模块；

10、所述传输编码模块的第一端口、第二端口、第三端口分别对应连接偏振处理及分束模块的另一个输出端口、波分复用器的另一个输出端口、衰减器的输入端口；

11、所述第二环形器的第一端口、第二端口、第三端口分别对应连接衰减器的输出端口、准直器、偏振处理及分束模块的输入端口；

12、所述衰减器用于对经传输编码模块编码后的光信号进行衰减产生相应的量子态；

13、所述量子态经第二环形器传输、准直器扩束以及扫描振镜反射后对目标进行探测。

14、另一方面，本专利技术提供了一种高信噪比量子安全三维成像方法，由上述一种高信噪比量子安全三维成像装置执行如下步骤：

15、步骤s1：激光器产生的光脉冲进入不等臂干涉仪产生双脉冲后，被波分复用器分成第一波长的泵浦光和第二波长的信号光；信号光进入传输编码模块随机产生3种时间相位编码态，衰减到预定强度后产生相应的量子态，扩束到扫描振镜，再照射到目标进行二维扫描；

16、步骤s2：当扫描振镜扫描到目标平面的第i个像素时，目标将发射量子态反射后形成回波量子态，经扫描振镜、准直器收集后被偏振处理及分束，产生偏振态相同的第一回波分量和第二回波分量；

17、步骤s3：所述第一回波分量与经过延时和反射的泵浦光返回波分复用器进行合波，随后二者进入非线性波导进行参量上转换，经带通滤波片滤波后得到和频光进入第一单光子探测器进行探测，通过可调延时线扫描泵浦光的延时，并分别记录不同延时下第一单光子探测器两个时间窗口在预定时间内的探测计数，得到两个探测计数均达到最大时对应的延时量以及两个探测计数之和，分别作为第i个像素点的深度和强度信息；

18、步骤s4：所述第二回波分量返回不等臂干涉仪进行干涉，产生的干涉光信号进入第二单光子探测器进行探测，记录第二单光子探测器的响应结果作为探测序列，并与相应的发射量子态进行比对后计算出第i个像素点的误码率ei；

19、步骤s5：控制扫描振镜扫描目标平面的第i+1个像素，重复步骤s2-步骤s4直到扫描完目标平面的所有像素，得到每个像素的深度和强度信息，以及误码率ei；利用成像算法根据每个像素的深度和强度信息进行三维成像，并根据每个像素的误码率ei计算出平均误码率ea，当平均误码率ea大于误码率阈值et时，判断目标存在欺骗干扰。

20、本专利技术的有益效果在于：

21、（1）采用时间相位编码量子态，其中时间态编码在相对时间位置上，因而非常稳定，误码率低；相位态的编解码复用同一个不等臂干涉仪，可以抵消长短臂光程差变化，因而不受环境变化的影响，不存在相位漂移问题，同样具有较低的误码率。另外，通过偏振处理可以消除回波量子态偏振变化对解码的影响。因此，与偏振编码方案相比，具有较高的稳定性和较低的虚警率。

22、（2）采用非线性参量转换进行量子参量模式滤波，可以有效滤除与信号光子的波长、偏振、时间相同而时频模式不同的噪声光，提高探测结果的信噪比，进而提高成像的信噪比。

本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种高信噪比量子安全三维成像装置，其特征在于，所述装置包括：

2.根据权利要求1所述的一种高信噪比量子安全三维成像装置，其特征在于，所述传输编码模块包括第三环形器和强度调制器，

3.根据权利要求1所述的一种高信噪比量子安全三维成像装置，其特征在于，所述传输编码模块包括第四环形器、第三分束器和相位调制器，

4.根据权利要求1所述的一种高信噪比量子安全三维成像装置，其特征在于，所述偏振处理及分束模块包括扰偏器和第一偏振分束器，

5.根据权利要求1所述的一种高信噪比量子安全三维成像装置，其特征在于，所述偏振处理及分束模块包括偏振控制器和第四分束器，

6.根据权利要求1所述的一种高信噪比量子安全三维成像装置，其特征在于，所述反射模块为法拉第镜；所述传输编码模块与偏振处理及分束模块之间通过90°偏振旋转结构相连。

7.根据权利要求1所述的一种高信噪比量子安全三维成像装置，其特征在于，所述反射模块为第五分束器，其两个输出端口通过保偏光路直接相连，构成第二萨格纳克环。

8.根据权利要求1所述的一种高信噪比量

9.根据权利要求1所述的一种高信噪比量子安全三维成像装置，其特征在于，所述传输元件包括第五环形器，其第一端口、第二端口、第三端口分别作为传输元件的第一端口、第二端口、第三端口。

10.根据权利要求1所述的一种高信噪比量子安全三维成像装置，其特征在于，所述第二分束器与偏振处理及分束模块的一个输出端口相连的光路上还设置有光隔离器，所述光隔离器传输方向为从偏振处理及分束模块到第二分束器。

11.根据权利要求1所述的一种高信噪比量子安全三维成像装置，其特征在于，所述激光器为飞秒脉冲激光器，所述非线性波导的相位匹配宽度小于波分复用器的通道宽度。

12.一种高信噪比量子安全三维成像方法，其特征在于，由权利要求1-11任一项所述的一种高信噪比量子安全雷达装置执行如下步骤：

...

【技术特征摘要】

1.一种高信噪比量子安全三维成像装置，其特征在于，所述装置包括：

2.根据权利要求1所述的一种高信噪比量子安全三维成像装置，其特征在于，所述传输编码模块包括第三环形器和强度调制器，

3.根据权利要求1所述的一种高信噪比量子安全三维成像装置，其特征在于，所述传输编码模块包括第四环形器、第三分束器和相位调制器，

4.根据权利要求1所述的一种高信噪比量子安全三维成像装置，其特征在于，所述偏振处理及分束模块包括扰偏器和第一偏振分束器，

5.根据权利要求1所述的一种高信噪比量子安全三维成像装置，其特征在于，所述偏振处理及分束模块包括偏振控制器和第四分束器，

7.根据权利要求1所述的一种高信噪比量子安全三维成像装置，其特征在于，所述反射模块为第五分束器，其两个输出端口通过保偏光路直接相连，构成第二萨格纳克环。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：周良将，王东，赵娟莹，李若明，汪丙南，
申请(专利权)人：中国科学院空天信息创新研究院，
类型：发明
国别省市：

全部详细技术资料下载我是这个专利的主人