本發(fā)明屬于紅外光電探測，具體涉及一種基于上轉換的可調諧窄帶中波紅外探測方法。
背景技術：
1、中波紅外(3-5μm)作為關鍵大氣窗口波段，憑借高透射率和低熱背景噪聲特性，在環(huán)境監(jiān)測、氣象觀測等領域具有重要應用價值。傳統(tǒng)半導體探測器(如insb、hgcdte)受限于窄帶隙半導體材料固有缺陷：高暗電流和熱噪聲迫使探測器需低溫冷卻(～77k)運行，不僅增加系統(tǒng)復雜度，還導致響應速度慢、調諧范圍受限等問題。
2、基于非線性光學的頻率上轉換技術為此提供了新的方案，通過將中紅外信號轉換至可見/近紅外波段，結合高性能光譜儀及硅基探測器實現(xiàn)非低溫制冷工作模式下的靈敏檢測，顯著提升響應速度與信噪比。但該技術仍面臨諸多挑戰(zhàn)：受相位匹配機制影響，光譜響應范圍難以覆蓋3-5μm全波段；通過溫度調諧響應波長的方式存在范圍窄、速度慢的固有限制；更關鍵的是，極化周期與信號波長的非線性對應關系會引發(fā)多個問題——探測系統(tǒng)的本征帶寬過寬，導致窄帶光譜分辨能力下降；以及單一極化周期對應多信號波長導致的混合疊加。這些因素共同導致系統(tǒng)光譜分辨率與波長鑒別精度顯著劣化。
3、當前研究亟需在突破傳統(tǒng)波長響應范圍限制的同時實現(xiàn)光譜帶寬的精確約束，并有效改善波長選擇及快速動態(tài)調諧機制，這對提升復雜場景下的中紅外信息探測能力具有重要價值。
技術實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明提出了針對現(xiàn)有技術不足之處，提出了一種基于上轉換的可調諧窄帶中波紅外探測方法，通過多極化周期非線性晶體設計實現(xiàn)3-5μm全波段調諧范圍，同時借助準相位匹配與泵浦源優(yōu)化將瞬時光譜帶寬進行壓縮，達成寬全波段調諧范圍與窄瞬時光譜帶寬的動態(tài)平衡。
2、實現(xiàn)本發(fā)明的技術解決方案為：一種基于上轉換的可調諧窄帶中波紅外探測方法，步驟如下：
3、s1、搭建可調諧窄帶中波紅外探測系統(tǒng)：
4、所述可調諧窄帶中波紅外探測系統(tǒng)包括量子級聯(lián)激光器、第一濾光片、第一透鏡組、二向色鏡、半導體激光器、半波片、第二濾光片、反射鏡、第二透鏡組、非線性晶體、第三透鏡組、濾光組件、探測器、溫度控制模塊、機械運動模塊。
5、共第一光軸依次設置量子級聯(lián)激光器、第一濾光片、第一透鏡組、二向色鏡、非線性晶體、第三透鏡組、濾光組件、探測器；共第二光軸依次設置半導體激光器、半波片、第二濾光片、反射鏡；第二透鏡組設置在二向色鏡和反射鏡之間，自上而下依次固定非線性晶體、溫度控制模塊和機械運動模塊。
6、調節(jié)量子級聯(lián)激光器的功率，發(fā)出覆蓋3-5μm中紅外波段的信號光，經(jīng)由第一濾光片過濾雜光后，調節(jié)第一透鏡組壓縮信號光束腰至1mm以下，小于非線性晶體單個周期通道的尺寸，壓縮后的信號光被第一透鏡組會聚至二向色鏡。
7、調節(jié)半導體激光器的功率，發(fā)出中心波長為800nm的泵浦光，經(jīng)過半波片調整泵浦光的偏振狀態(tài)，將偏振狀態(tài)調整后的泵浦光送入第二濾光片，第二濾光片濾除雜散光以及背景光后的泵浦光送入反射鏡，反射鏡為800nm高反的平面鏡，將泵浦光反射至第二透鏡組，調節(jié)第二透鏡組壓縮泵浦光束腰至1mm以下，泵浦光經(jīng)第二透鏡組會聚至二向色鏡。
8、二向色鏡用于透射信號光以及反射泵浦光，將二者引導合束到非線性晶體，3-5μm的信號光與800nm泵浦光同時聚焦于非線性晶體中進行和頻生成，轉入s2。
9、s2、通過溫度控制模塊調節(jié)非線性晶體的工作溫度，適配非線性晶體(10)中不同極化周期通道的相位匹配曲線，避免不同功率泵浦與中紅外信號光持續(xù)照射下溫度波動而產生的相位失配，轉入s3。
10、s3、通過機械運動模塊實現(xiàn)非線性晶體的位移，使得經(jīng)過二向色鏡合束后的信號光與泵浦光共線對準入射進非線性晶體中不同的極化周期通道，當相位匹配時發(fā)生非線性頻率上轉換，產生與各通道極化周期所對應的和頻光，從而實現(xiàn)寬光譜范圍信號光的靈活調諧，上述和頻光在可見光范圍內，轉入s4。
11、s4、調節(jié)第三透鏡組，將和頻光準直輸出，經(jīng)由濾光組件去除未消耗的800nm泵浦光以及各類雜散光后，被探測器探測接收，轉入s5。
12、s5、探測器外接上位機，根據(jù)探測到的各波長對應的強度信息獲得相應曲線，生成不同極化周期的窄帶響應特性。本發(fā)明的有益效果：
13、(1)基于上轉換的可調諧窄帶中波紅外探測技術方案，采用共線準相位匹配模式，通過非線性晶體實現(xiàn)中紅外波段光子至可見光波段光子的高效頻率上轉換。較傳統(tǒng)半導體探測器而言，可在室溫條件下工作，而無需低溫冷卻控制。同時上轉換可見光由高性能探測器進行探測，顯著提升了系統(tǒng)光譜分辨率以及探測靈敏度。
14、(2)采用多極化周期設計的周期極化鈮酸鋰晶體作為非線性介質，全波段調諧范圍涵蓋整個中紅外波段。利用機械運動模塊進行位移，在保持高轉換效率的同時實現(xiàn)了靈活的可調諧窄帶探測，能夠實現(xiàn)對特定波長的選擇性響應。
15、(3)采用高功率、窄線寬的連續(xù)型激光器作為泵浦源，其輸出的泵浦波長經(jīng)過精確調控始終處于相位匹配曲線的單調區(qū)間，只實現(xiàn)特定波長的響應，將瞬時光譜帶寬進行壓縮。相較于常規(guī)泵浦方案，避免了長波泵浦引發(fā)的單一晶體極化周期對應多信號波長的情況。達成寬全波段調諧范圍與窄瞬時光譜帶寬的動態(tài)平衡，確保了窄帶探測的精度。
1.一種基于上轉換的可調諧窄帶中波紅外探測方法，其特征在于，步驟如下：
2.根據(jù)權利要求1所述的基于上轉換的可調諧窄帶中波紅外探測方法，其特征在于，s1中，濾光組件(12)由四片濾光片構成，包括三片700nm短通濾光片，一片650nm帶通濾光片。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于上轉換的可調諧窄帶中波紅外探測方法，其特征在于，s1中，非線性晶體(10)采用多極化周期通道的周期極化鈮酸鋰晶體，內部集成7個不同極化周期的通道，極化周期分別為14.9μm、16μm、16.6μm、17.2μm、17.5μm、17.8μm和17.9μm，每一個周期結構都作為一個厚度為1mm的子通道覆蓋一個響應波段，多通道集成下全波段調諧范圍涵蓋3-5um，實現(xiàn)中紅外寬譜探測；晶體表面鍍有增透膜，在3000-5000nm、800nm以及620-700nm具有高透射率。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于上轉換的可調諧窄帶中波紅外探測方法，其特征在于，s1中，探測器(13)采用硅基探測器或光譜儀，硅基探測器用于探測光強，光譜儀用于識別波長范圍。
5.根據(jù)權利要求1所述的基于上轉換的可調諧窄帶中波紅外探測方法，其特征在于，s2中，室溫指20～30℃。
6.根據(jù)權利要求1所述的基于上轉換的可調諧窄帶中波紅外探測方法，其特征在于，s3中，滿足相位匹配條件，具體如下：
7.根據(jù)權利要求1所述的基于上轉換的可調諧窄帶中波紅外探測方法，其特征在于，s5中，探測器(13)外接上位機，根據(jù)探測到的各波長對應的強度信息獲得相應曲線，得到不同極化周期的窄帶響應特性，具體如下：