[發明專利]基于光頻梳校準的雙色激光掃描絕對距離測量裝置和方法

無效

• 申請號: 201310256375.X
• 申請日: 2013-06-25
• 公開（公告）號: CN103364775A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 楊宏雷;李巖;吳學健;任利兵;張弘元;尉昊赟
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01S11/12
• 分類號: G01S11/12
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賈玉健

1.一種基于光頻梳校準的雙色激光掃描絕對距離測量裝置，其特征在于，包括：

用于輸出單一線偏振的飛秒激光脈沖以及兩路單一頻率、單一線偏振激光的激光光源系統（1）；

用于保持激光光源系統（1）的輸出光偏振態不變，并分別傳輸至邁克爾遜干涉系統（3）和激光頻率標定系統（4）的保偏光纖系統（2）；

用于將待測絕對距離轉化為干涉信號強度的變化的邁克爾遜干涉系統（3）；

以及，

用于控制激光光源系統（1）輸出激光的波長掃描，并根據波長掃描時激光頻率變化量及干涉信號的周期整數和周期小數的變化量，進而計算出絕對距離量的激光頻率標定系統（4）。

2.根據權利要求1所述的絕對距離測量裝置，其特征在于，所述激光光源系統（1）包括第一可調諧激光器（10）、第二可調諧激光器（11）和飛秒光頻梳（12）。

3.根據權利要求2所述的絕對距離測量裝置，其特征在于，所述保偏光纖系統（2）包括第一1×2保偏光纖耦合器（20）、第二1×2保偏光纖耦合器（21）、第一2×1保偏光纖耦合器（22）和第二2×1保偏光纖耦合器（23），其中，所述第一1×2保偏光纖耦合器（20）的光輸入端接第一可調諧激光器（10）的輸出端，一路光輸出端接第一2×1保偏光纖耦合器（22）的一路光輸入端，第二1×2保偏光纖耦合器（21）的光輸入端接第二可調諧激光器（11）的輸出端，一路光輸出端接第二2×1保偏光纖耦合器（23）的一路光輸入端，第一2×1保偏光纖耦合器（22）和第二2×1保偏光纖耦合器（23）的另一路光輸入端均接飛秒光頻梳（12）的輸出端。

4.根據權利要求3所述的絕對距離測量裝置，其特征在于，所述邁克爾遜干涉系統（3）包括第一準直擴束器（30）、第二準直擴束器（31）、第一二相色鏡（32）、分光棱鏡（33）、參考角錐棱鏡（34）、測量角錐棱鏡（35）、第二二相色鏡（36）、第一光電探測器（37）和第二光電探測器（38），其中，所述第一準直擴束器（30）的光輸入端接第一1×2保偏光纖耦合器（20）的另一路光輸出端，第二準直擴束器（31）的光輸入端接第二1×2保偏光纖耦合器（21）的另一路光輸出端，第一準直擴束器（30）的輸出光在第一二相色鏡（32）處反射，第二準直擴束器（31）的輸出光在第一二相色鏡（32）處透射，之后合光送入由所述分光棱鏡（33）、參考角錐棱鏡（34）和測量角錐棱鏡（35）組成的邁克爾遜干涉儀，所述邁克爾遜干涉儀的混合干涉光被第二二相色鏡（36）一路反射至第一光電探測器（37），另一路透射至第二光電探測器（38）。

5.根據權利要求4所述的絕對距離測量裝置，其特征在于，所述分光棱鏡（33）將輸入的合光光束等光強分成兩路，一路反射至參考角錐棱鏡（34），經角錐棱鏡（34）反射后再由分光棱鏡（33）透射至第二二相色鏡（36）；另一路經透射至測量角錐棱鏡（35），經角錐棱鏡（35）反射回分光棱鏡（33）后再反射至第二二相色鏡（36）。

6.根據權利要求4所述的絕對距離測量裝置，其特征在于，所述激光頻率標定系統（4）包括第三光電探測器（40）、第四光電探測器（41）、第一窄帶帶通濾波器（42）、第二窄帶帶通濾波器（43）、數據采集卡（44）和控制器（45），所述第三光電探測器（40）的輸入端接第一2×1保偏光纖耦合器（22）的輸出端，輸出端接第一窄帶帶通濾波器（42）的輸入端，所述第四光電探測器（41）的輸入端接第二2×1保偏光纖耦合器（23）的輸出端，輸出端接第二窄帶帶通濾波器（43）的輸入端，第一光電探測器（37）、第二光電探測器（38）、第一窄帶帶通濾波器（42）和第二窄帶帶通濾波器（43）均接入數據采集卡（44），數據采集卡（44）接控制器（45），控制器（45）的電輸出端接所述第一可調諧激光器（10）、第二可調諧激光器（11）和飛秒光頻梳（12）。

7.根據權利要求4所述的絕對距離測量裝置，其特征在于，所述飛秒光頻梳（12）的工作波長覆蓋所述第一可調諧激光器（10）和第二可調諧激光器（11）的所有頻率，且飛秒光頻梳（12）的頻率穩定度溯源至微波頻率基準。

8.根據權利要求4所述的絕對距離測量裝置，其特征在于，所述第一二相色鏡（32）和第二二相色鏡（36）的工作波長對第一可調諧激光器（10）發射激光的波長光束反射，對第二可調諧激光器（11）發射激光的波長光束透射，且光強損失小于10%。