一种单孔径分光超衍射成像系统及其方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种单孔径分光超衍射成像系统。
【背景技术】
[0002] 在传统的超远距高分辨率成像系统中，受体积重量的限制，光学系统口径也相应 受到限制，在这种情况下，当光学系统焦距超过一定数值时，受理想光孔衍射的影响，成像 系统分辨率无法进一步提高。在天基成像系统中的影响尤为明显，对于地球同步轨道的成 像系统，成像距离约为36000km，如实现地面米级的成像分辨率，光学系统焦距约在百米左 右，相应的光学系统口径也需达到几十米的口径，即便采取轻量化措施，光学系统的重量也 大约在百吨级别，这样的重量显然无法采用现有的发射运输工具完成任务；如何能够在小 口径长焦距的成像系统中突破衍射限的限制，有效增加成像系统的分辨率成为国内外一项 重要研究内容。
【发明内容】
[0003] 本发明旨在通过一种特殊的光路设计实现超衍射限的成像分辨率。
[0004] 本发明的技术方案如下：
[0005] -种单孔径分光超衍射成像系统，包括沿光路依次设置的缩束镜、二维扫描装置、 N级分束子系统和聚焦镜；入射光通过缩束镜得到压缩，N级分束子系统通过振幅分光将压 缩后的光路最终分为NXN个子光束阵列，其中每个分束子系统中均增设有一组平行的反 射镜用于调节各子光束的光程，使得NXN个子光束阵列在所述聚焦镜前构成等相位的波 真面SK ;经聚焦镜后，NXN个子光束进行自干涉最终实现超衍射。
[0006] 以上方案中，所述N级分束子系统的结构可以完全相同。
[0007] 采用以上单孔径分光超衍射成像系统实现超衍射的方法，包括以下步骤：
[0008] 1)将宽光束的入射光进行压缩；
[0009] 2)采用两维扫描装置进行物点扫描；
[0010] 3)通过N级振幅分光将压缩后的光路分为NXN个子光束；
[0011] 4)调节NXN个子光束光程至等光程、等周期间隔；
[0012] 5)经聚焦镜将NXN个子光束进行聚焦并相互发生干涉；
[0013] 6)经自相干后光斑的零级衍射斑宽度得到压缩并实现超衍射限。
[0014] 本发明具有以下技术效果：
[0015] 可用于大口径小相对孔径光学成像系统，通过分光多孔径自相干超衍射成像技术 实现超衍射成像，并通过NXN个分光，形成N倍的超衍射效应。
【附图说明】
[0016] 图1为光孔衍射效应的示意图。
[0017] 图2为本发明的分光多孔径自相干超衍射成像技术光路原理图。
【具体实施方式】
[0018] 根据光孔衍射原理，图1中的平面光波K经孔径D后，受光孔衍射效应的影响，经 透镜L聚焦后在其焦平面，其透射函数可表示为：
[0019]
[0020] 式中：f为透镜L的焦距，在其焦平面位置的强度分布为：
[0021]
[0022]
[0023] 由此可见，零级衍射斑的宽度主要与波长λ，光孔宽度D和透镜焦距f有关，其中 f/D称为光学系统的F数，由上式可知，F数越大表明零级衍射斑的直径越大，成像分辨率越 低。
[0024] 本发明主要采用振幅分光的方法将光束分为为NXN等相位的子光束，并采用相 干的方法得到1/N的衍射艾里斑直径。其中采用缩束镜的方式压缩入射光束口径，并经图 2分光束的方法，调节子光束的光程相等。
[0025] 本发明的实现步骤如下：
[0026] 1通过缩束成像镜将宽光束的入射光进行压缩；
[0027] 2经两维摆镜或其它两维扫描装置进行物点扫描；
[0028] 3通过振幅分光将压缩后的光路分为若干个子光束；
[0029] 4调节若干个子光束光程至等光程，等周期间隔（即在聚焦镜的入射面上等间隔 排布）；
[0030] 5经合成聚焦镜将若干个子光束进行聚焦并相互发生干涉；
[0031] 6经自相干后光斑的零级衍射斑宽度得到压缩并实现超衍射限。
[0032] 图2为分光多孔径自相干超衍射成像技术的光路原理图，其中Ll和L2构成缩束 望远镜，将入射的宽光束压缩为窄光束，经Sl分光镜后，形成幅值相等的两路光，S2和S3用 于调节S2反射镜的光路和另一路S4反射光的光程相等，Ml~M4和Pl~P4采用和Sl~ S4相同的光路，将光路分为2X2个子阵列（为了简化起见，图2中未直观体现倍增后的阵 列），在聚焦镜F前构成等相位的波真面SK，经聚焦镜后，2 X 2个子波进行干涉最终实现超 衍射。
【主权项】
1. 一种单孔径分光超衍射成像系统，其特征在于：包括沿光路依次设置的缩束镜、二 维扫描装置、N级分束子系统和聚焦镜；入射光通过缩束镜得到压缩，N级分束子系统通过 振幅分光将压缩后的光路最终分为NXN个子光束阵列，其中每个分束子系统中均增设有 一组平行的反射镜用于调节各子光束的光程，使得NXN个子光束阵列在所述聚焦镜前构 成等相位的波真面SK ;经聚焦镜后，NXN个子光束进行自干涉最终实现超衍射。2. 根据权利要求1所述的单孔径分光超衍射成像系统，其特征在于：所述N级分束子 系统的结构完全相同。3. 采用权利要求1所述单孔径分光超衍射成像系统实现超衍射的方法，包括以下步 骤： 1) 将宽光束的入射光进行压缩； 2) 采用两维扫描装置进行物点扫描； 3) 通过N级振幅分光将压缩后的光路分为NXN个子光束； 4) 调节NXN个子光束光程至等光程、等周期间隔； 5) 经聚焦镜将NXN个子光束进行聚焦并相互发生干涉； 6) 经自相干后光斑的零级衍射斑宽度得到压缩并实现超衍射限。
【专利摘要】本发明提供了一种单孔径分光超衍射成像系统，该成像系统包括沿光路依次设置的缩束镜、二维扫描装置、N级分束子系统和聚焦镜；入射光通过缩束镜得到压缩，N级分束子系统通过振幅分光将压缩后的光路最终分为N×N个子光束阵列，其中每个分束子系统中均增设有一组平行的反射镜用于调节各子光束的光程，使得N×N个子光束阵列在所述聚焦镜前构成等相位的波真面SK；经聚焦镜后，N×N个子光束进行自干涉最终实现超衍射。本发明可用于大口径小相对孔径光学成像系统，通过分光多孔径自相干超衍射成像技术实现超衍射成像，并通过N×N个分光，形成N倍的超衍射效应。
【IPC分类】G02B27/58, G02B27/42
【公开号】CN105158920
【申请号】CN201510641145
【发明人】屈恩世, 曾德贤, 宋海军, 曾峦, 任立勇, 谢永军
【申请人】中国科学院西安光学精密机械研究所
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年9月30日