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光子集成干涉成像系统的信号能量与噪声分析.docx
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光子集成干涉成像系统的信号能量与噪声分析.docx
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摘要
光子集成干涉成像是一种基于光子集成芯片获取目标傅里叶频谱信息的新兴成像技术。目
前,能量损耗与噪声干扰是制约该技术发展的关键因素。为分析它们对光子集成干涉成像
系统的影响,研究了基线长度与干涉信号能量的关系和噪声对成像质量的影响。研究结果
表明输出信号的能量处于纳瓦量级。干涉信号的振幅与对比度会随着基线长度的增加而迅
速减小。长基线下的干涉信号振幅极小,在探测器精度不够的情况下,干涉信号的对比度
将无法获取。综合来看,光子集成干涉成像系统适合采集目标的低频信息,并且当将噪声
控制在干涉信号强度的 10
-3
、相位误差控制在 1/40λλ 时才不会对成像结果产生较大的影
响。
Abstract
Photonic integrated interferometric imaging is an emerging imaging technology. It uses
photonic integrated circuits to obtain the Fourier spectrum of the target. At present,
energy loss and noise interference are the key factors restricting the development of this
technology. To analyze their impact on photonic integrated interferometric imaging
systems, this paper studies the relationship between the baseline length and the
interference signal energy and the effect of noise on imaging quality. The results show
that the energy of the output signal is at the nanowatt level. The amplitude and visibility of
the interference signal decay sharply as the baseline length increases. The amplitude of
the interference signal under the long baseline is extremely small. In the case of
insufficient detector accuracy, the visibility of the interference signal cannot be obtained.
Overall, the photonic integrated interferometric imaging systems are suitable for
collecting low-frequency signals of the target. In addition, the noise controlled at 10
-3
of
the interference signal strength and the phase error controlled at 1/40λλ will not greatly
affect the imaging result.
1 引言
受衍射极限的限制,对远距离目标的高分辨率成像一直是一个具有挑战性的课题
[1-2]
。传
统光学系统通过增大口径来提高分辨率,这类系统存在资源消耗巨大、镜片加工困难、需
要极其精密的机械装调等缺点。2015 年,Duncan 团队
[3]
提出一种新型望远成像技术,
并将其命名为 SPIDER(Segmented Planar Imaging Detector for Electro-Optical
Reconnaissance)。相比于传统系统,这项技术借鉴了天文学中的相干测量技术
[4]
,使
用微透镜阵列和光子集成芯片替代了望远镜干涉阵列。SPIDER 在尺寸、重量、功耗上都
大幅降低,在天文观测和遥感成像等领域具有一定的应用潜力。
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