本发明属于红外成像领域，具体涉及一种基于铌酸锂超表面非线性上转换的红外成像装置。
背景技术：
1、先进的红外视觉在监控、安防、医学成像等领域有着重要的应用。1550nm左右的红外光谱范围对光通信、激光雷达和夜光视觉特别有用。然而，由于红外光子能量较低，这种红外探测方案需要低温甚至低温冷却。因此，红外相机通常很笨重，包含几个用于光子——电子转换的组件。另一种可能克服光导探测器局限性的方案是使用非线性光学过程来实现光子能量的上转换。在这种方法中，红外图像不是直接检测的，而是使用参数非线性光学过程将图像转换到更高的频率，并在称为上转换红外成像的过程中使用常规相机进行检测。
2、提高非线性转换效率的一种简单的方法是使用高q因子的亚曲面。然而，高q共振的窄线宽降低了操作带宽。此外，通常强的空间非定域性(角色散)将限制图像的分辨率质量。因此，获得既能实现高转换效率又能实现高分辨率的成像方案是一个关键的挑战。
技术实现思路
1、针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种基于铌酸锂超表面非线性上转换的红外成像装置，旨在实现高分辨率、高效率的红外成像。
2、本发明采用二氧化硅衬底、铌酸锂(linbo3)超表面和顶层的二氧化硅光栅三层薄膜结构，红外光沿薄膜法线方向或倾斜一定角度入射到二氧化硅光栅表面时，目标图像与温和聚焦的泵浦光束在亚表面混合，并通过sfg过程上转换为可见图像。可见图像使用传统的ccd相机捕获。所述二氧化硅衬底位于底层，所述铌酸锂薄膜位于二氧化硅上方并紧紧贴合衬底上表面，所述二氧化硅光栅结构位于铌酸锂薄膜上方并成周期性排列。所述超表面采用高q值的铌酸锂薄膜作为上转换介质，所述铌酸锂薄膜为亚波长厚度且没有被蚀刻。这种无蚀刻设计确保了非线性材料内部的高光场，并提高了非线性转换效率；本发明使用具有高质量因子的铌酸锂超表面作为上转换介质，通过调节超表面的微纳米结构的形状、尺寸和排列方式，实现对红外光学波束的操控和调制，从而提高光学转换效率和红外成像的分辨率。
3、本发明基于和频产生(sfg)的参数化非线性过程，通过与平面泵浦光束混合来增加入射信号光子的能量，在频率上移输入波能量的同时完全保留红外波前特性，信号光束和泵浦光束的场增强具有相似的强度。利用铌酸锂超表面的非线性上转换过程，将红外光子转换为可见光子。通过调节超表面的结构和参数，实现高效的红外到可见光的转换，从而提高红外成像的灵敏度和图像质量。
4、本发明提出了一种基于铌酸锂超表面非线性上转换的红外成像装置，在非局部高q铌酸锂(linbo3)超表面上使用非线性上转换过程的红外成像。通过在傅里叶平面而不是在实平面进行上转换过程，可以实现本发明中所使用的光学系统的简化。通过适当的傅里叶成像，克服铌酸锂超表面的非局域性带来的限制，实现高转换效率和高分辨率的红外成像。
5、所述二氧化硅光栅的任何制造缺陷都可能在可见光图像中引入额外的噪声。因此，超表面需要良好的加工质量和一致性，才能从目标获得清晰的图像。在降低上转换成像噪声时要考虑的因素是泵浦光束。相机的热噪声对暗能级的贡献不是很大，而由泵浦光束引起的噪声和光束的横向功率起伏可以通过使用压缩光来减小。
6、作为优选，所述铌酸锂薄膜超表面为一维结构且呈长方形形状，厚度为315nm，所述铌酸锂方形结构的边位于二氧化硅衬底的边靠近衬底中心的内部。
7、作为优选，所述二氧化硅光栅结构贴合铌酸锂薄膜上表面并呈周期性排列，所述周期性重复结构为相互平行且等间距的长条形结构。所述二氧化硅光栅结构经过薄膜沉积、光刻、干法刻蚀等mems工艺制备而成。所述二氧化硅光栅长条形重复性结构长为505nm，厚度为210nm，相邻重复性结构间距为879nm；
8、作为优选，sfg过程具备高速度，可以实现飞秒时间分辨率，从而消除成像过程中的任何时间滞后。
9、本发明提供了一种基于铌酸锂超表面非线性上转换的红外成像装置，通过利用高q因子的铌酸锂超表面，结合sfg过程的相干上转换特性和fourier成像方案，提高红外成像的性能和应用范围。该发明对红外成像领域具有重要的研究和应用价值。
1.一种基于铌酸锂超表面非线性上转换的红外成像装置，其特征在于：包括二氧化硅衬底、铌酸锂超表面和二氧化硅光栅三层薄膜结构，红外光沿薄膜法线方向或倾斜一定角度入射到光栅表面时，所述红外光被装换成具有特定频率的可见光，所述二氧化硅光栅结构贴合铌酸锂薄膜上表面并呈周期性排列，所述周期性重复结构为相互平行且等间距的长条形结构，通过利用高q因子的铌酸锂超表面，结合sfg过程的相干上转换特性和fourier成像方案，克服所述铌酸锂超表面的非局域性带来的限制，实现高转换效率和高分辨率的红外成像，通过加工质量和一致性良好的超表面，并使用压缩光来有效减小由泵浦光束引起的噪声和光束的横向功率起伏。
2.如权利要求1所述的基于铌酸锂超表面非线性上转换的红外成像装置，其特征在于：所述超表面采用高q值的铌酸锂薄膜作为上转换介质，所述铌酸锂超表面为一维结构且呈长方形形状，厚度为315nm且没有被蚀刻。
3.如权利要求1所述的基于铌酸锂超表面非线性上转换的红外成像装置，其特征在于：所述铌酸锂超表面位于红外成像芯片装置的中部，铌酸锂方形结构的边位于所述二氧化硅衬底的边靠近衬底中心的内部。
4.如权利要求1所述的基于铌酸锂超表面非线性上转换的红外成像装置，其特征在于：所述二氧化硅光栅的结构经过薄膜沉积、光刻、干法刻蚀等mems工艺制备而成。
5.如权利要求1所述的基于铌酸锂超表面非线性上转换的红外成像装置，其特征在于：所述二氧化硅光栅的长条形重复性结构长为505nm，厚度为210nm，相邻重复性结构间距为879nm。
