技术摘要：
本发明公开了一种使用超窄带滤光的大视场多波束单光子探测系统，包括依次设置的望远镜系统、光学耦合装置、光纤阵列、超窄带滤光片以及探测器模块，在大视场条件下，多波束回波光子在望远镜系统的像平面上成像，回波光子通过光学耦合装置耦合入光纤阵列的输入端，回波  全部
背景技术：
单光子探测系统由于具有非常高的灵敏度，因此在远距离测距有非常重要的应 用。随着集成化、规模化的单光子探测系统技术逐渐成熟，使得其应用进一步扩展到机载、 星载等远距离、快速移动的高精度测绘遥感领域。多波束单光子探测技术可以将几十路甚 至上百路单光子探测集成在一起，利用阵列单光子探测器件或者规模化集成的单元单光子 探测器件实现多个通道的回波光子信号同时探测。相对于传统的单光子测绘遥感系统，多 波束的单光子探测可以支持更大视场的测绘遥感，提高系统的工作效率，甚至达到快速成 像能力。 在大视场条件下系统可以接受更大角度范围的回波光子，对应的在望远镜光收集 系统的像平面产生更大的成像面积，因此需要阵列器件或者规模化集成的单元器件进行探 测。但是实际上两种条件的对比，并不仅仅是成像面积的变化，照射到探测器件的回波光子 入射角度也有明显变化。 相对于普通视场条件，大视场条件下回波光子入射探测器件不能近似的看作是理 想状态下的垂直入射，而是从中心区域向外入射角度逐渐加大。如果使用100波束以上的单 光子探测系统，位于边缘和中心的光子入射角度差别最大可能接近10度。比如位于边缘的 1#和4#回波波束的入射角为80度，位于中心的2#和3#回波波束的入射角为90度。为了解释 简便，图2里面只标了1#至4#四波束的情况，实际的波束数量可以达到数百以上，位于中心 区域的入射角为90度，随着向边缘扩展（通常是球面）入射角度逐渐变化。这种角度差别在 实际应用中带来一个比较严重的问题。 在基于单光子探测的测绘遥感应用中，由于需要在全天候条件下工作，尤其是在 强光环境下背景噪声非常高。背景噪声光具有宽光谱分布的特性，而系统使用的光源通常 为窄线宽的激光，因此背景噪声光与回波信号光子之间具有明显的波长差异。为了将回波 光子信号从高背景噪声中分离出来，通常需要使用超窄带滤光片对背景噪声进行抑制，超 窄带滤光片的透射带宽一般要低至0.1  nm以下。然而，这类超窄带滤光片的使用有比较大 的限制，首先回波光子需要有窄线宽的波长特性，这需要系统使用超窄线宽的光源；其次， 这类超窄带滤光片采用干涉的原理，对入射角度非常敏感，只能以高度近似垂直于其表面 的角度入射才能保证透射波长的精确。比如，系统使用的光源为1550.1nm，当回波光子入射 角度为90度，超窄带滤光片设计的透射中心波长为1550.1nm，带宽为0.1nm，保证对其他波 长的背景噪声光子的强烈抑制，同时对回波光子有较好的透射率。但是，如果在大视场的条 件下，位于非中心区域的回波光子的入射滤光片的角度有可能变为85度，此时对应的透射 中心波长会平移超过0.2nm以上，比如变为1549.9nm，超出滤光片的设计带宽，导致回波的 信号光子无法透射通过滤光片。滤光片的设计加工需要两个表面精确镀膜且要求保证严格 3 CN 111595469 A 说　明　书 2/4 页 平行，因此技术上很难一一对应APD的阵列排布设计成多角度拼接在一起的集成化滤光片 阵列。在实际应用条件下，超窄带滤光片的使用几乎是不可避免的。
技术实现要素：
本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种使用超窄带滤光的大视 场多波束单光子探测系统，该探测系统在大视场条件下，通过控制光纤阵列输入端的接收 角度朝向，以保证回波光子的中心区域和边缘区域都能以垂直角度入射超窄带滤光片的有 效区域，最大限度的利用滤光片抑制背景噪声，提高回波信号的信噪比。 本发明目的实现由以下技术方案完成： 一种使用超窄带滤光的大视场多波束单光子探测系统，所述探测系统包括依次设置的 望远镜系统、光学耦合装置、光纤阵列、超窄带滤光片以及探测器模块，在大视场条件下，多 波束回波光子在所述望远镜系统的像平面上成像，所述回波光子通过所述光学耦合装置耦 合入所述光纤阵列的输入端，所述回波光子从所述光纤阵列的输出端以垂直角度入射至所 述超窄带滤光片，进入所述探测器模块。 所述光纤阵列的输入端由若干单路光纤集合而成，所述光纤阵列的输出端由若干 与所述单路光纤一一对应的尾纤组成。 所述光纤阵列输入端的所述单路光纤的接收角度朝向，由中心区域向边缘区域进 行渐变处理。 所述光纤阵列的输出端为柔性光路以使各个波束对应的输出端匹配所述超窄带 滤光片的设计角度。 所述光纤阵列的输出端集成在一起，通过单个所述超窄滤光片对穿过所述光纤阵 列的所述回波光子进行滤波。 所述回波光子的波长不同，通过所述光纤阵列的输出端对不同波束的所述回波光 子进行分类，分类后的所述回波光子分别采用若干个干涉滤光片进行滤波。 所述探测器模块为单个探测器或阵列探测器。 本发明的优点是：该探测系统能保证回波光子的中心区域和边缘区域都垂直入射 超窄带干涉滤光片的有效区域，解决了入射角度不同带来的不利影响，最大限度的利用滤 光片抑制背景噪声，提高回波信号的信噪比，有利于在全天时应用。 附图说明 图1为本发明的大视场条件下和普通条件下的回波光子收集示意图； 图2为本发明的大视场条件下的回波光子入射角度的变化示意图； 图3为本发明超窄带滤光片抑制背景噪声的示意图； 图4为本发明的光纤阵列耦合配合超窄带干涉滤光片实现大视场高信噪比光子探测的 示意图。