[發明專利]生成合成波長的方法和裝置

有效

• 申請號: 200780032245.0
• 申請日: 2007-09-26
• 公開（公告）號: CN101512286A
• 公開（公告）日: 2009-08-19
• 發明（設計）人: 塞巴斯蒂安·李·弗洛克;伊斯·薩爾瓦德;托馬斯·延森;馬塞爾·羅納
• 申請（專利權）人: 萊卡地球系統公開股份有限公司
• 主分類號: G01B9/02
• 分類號: G01B9/02
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司
• 代理人: 黃綸偉

技術領域

本發明涉及生成合成波長的方法，測量距離的雙波長干涉測量方法，生成合成波長的裝置，以及測量絕對距離的雙波長干涉測量裝置。?

背景技術

在許多大地測量應用中，采用了多種測量距離的方法、裝置和系統。根據本領域的特定條件，典型的要求是精度或分辨率在1cm以下。然而，在特定的應用中精度要求還會更高，如在距離測定和工業距離測量時，某些情況下需要以亞毫米的分辨率測量長距離。?

如同傳統干涉測量法那樣，多波長干涉測量法也屬于相干方法，它不僅能達到所需的精度，還能通過適當選擇不同的波長而在靈敏度方面提供較大的靈活性。以不同的光波長進行的干涉測量可以生成遠大于該光波長的新的合成波長，從而可以增大單值性范圍并且降低傳統干涉測量法的靈敏度。此外，采用此原理的系統還可以在粗糙表面上工作。精度實質上取決于光源的性質和信號處理。?

通常，多波長干涉儀的光源應當產生包含多個離散且穩定波長的恰當的發射譜。在此情況下，單值性的范圍由光頻差給定。光源的穩定性和標定將會限制測量的絕對精度。而且在現有技術中，可由多波長干涉測量法測定的最大距離受到光源的相干長度的限制。此外，在粗糙表面上的距離測量也可能會因光的散射而受到光源功率的限制。由于測量裝置的性能由其性質(即相干性、穩定性和功率)決定，因此光源的設計和實現非常重要。?

根據此原理，所謂的雙波長干涉測量法(two-wavelength-?interferometry，TWT)是適于具有高分辨率的絕對距離的測量的技術，因為采用兩個不同的波長λ₁和λ₂生成遠大于所述光波長的合成波長λ＝λ₁λ₂|λ₁-λ₂|，從而增大了單值性范圍。為了實現高精度的遠距離測量，現有技術的方案必須滿足關于合適激光源的三個要求。?

首先，激光的相干長度必須是目標和接收器的間距L的兩倍以上；第二，合成波長和相位分辨率的結合必須足以實現所需精度；第三，必須使合成波長高度穩定，距離的相對不確定度δL/L＝10^-5，其中δL為分辨率，合成波長應至少具有相同的精度。因此，現有技術中提出了多種技術來實現下列條件：先前使用過氣體激光器；然而它們卻不適于緊湊型系統。?

在現有技術中，半導體激光二極管被認為是能效最高且最為緊湊的激光器。此外，可以通過改變注入電流和溫度來調節發射頻率。可調諧激光器的好處突出，因為可以更加靈活地選擇最合適的合成波長。然而，當最合適的波長選定之后，可調諧激光器在頻率上必須相對于外部基準是穩定的。?

多模激光二極管可以同時在多個離散波長下振蕩，從而在激光器為溫控激光器時提供了穩定的合成波長的范圍。縱模之間的頻率區分與諧振器長度負相關。因而，通常按此方法獲得的最大合成波長的范圍在數個毫米之內。?

在標準單模AlGaAs二極管激光器中，光被限制在半導體波導管中，通過解理垂直于結平面的晶面而獲得反饋。它們被稱為法布里-珀羅(Fabry-Pérot)激光器。其線寬適中(通常為10MHz)，并且隨溫度變化的頻率可調諧性的特征在于跳模。跳模的主要原因是溫度導致的增益曲線中心的變化(約0.25nm/℃)。溫度調諧特性隨著裝置的不同而變化。因此這種不連續性限制了合成波長的選擇。?