[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

技術領域

本發明為一種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。

背景技術

激光干涉測距技術通過測量參考光路和測量光路的干涉相位并依據干涉相位與光程差的對應關系，獲得測量光路相對于參考光路的距離差。

根據探測相位的不同，激光干涉測距可分為增量式測量法和絕對距離測量法兩大類。增量式測量法通過固定參考光路光程、連續調節測量光路光程，探測兩路光信號的干涉相位的變化量，反演得到相對距離的變化。增量式測量法具有測量精度高、測量量程大和測量速度快等特點，但是測量光路的距離變化依賴于高精度位移導軌來實現且測量過程中不能遮擋光路。絕對距離測量法采用合成波長原理使測量波長增長，探測相位的周期整數和周期小數，從而獲得測量光路的絕對距離。絕對距離激光干涉測量無須調節測量光路即可直接測得絕對距離，在大型裝備制造、空間衛星定位、激光雷達等有著廣泛應用。基于波長掃描干涉的合成波長絕對距離測量法是將可調諧激光器輸出光的頻率產生連續變化，形成瞬時合成波長實現絕對距離測量。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種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，提高了測量精度。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種基于光頻梳校準的雙色激光掃描絕對距離測量裝置，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。

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。

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。

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。

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。

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。