[發明專利]基于非線性光學采樣的飛秒激光絕對距離測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201310326235.5
• 申請日: 2013-07-30
• 公開（公告）號: CN103412299A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 張弘元;李巖;吳學健;楊宏雷;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

1.一種基于非線性光學采樣的飛秒激光絕對距離測量裝置，其特征在于，包括：

用于實現時域光學掃描的重復頻率有差異的第一飛秒激光頻率梳（1）和第二飛秒激光頻率梳（2）；

用于產生待測距離的邁克爾遜干涉測距裝置；

用于當兩臺飛秒激光頻率梳的光脈沖時域重合時產生倍頻光信號的第二類相位匹配非線性光學倍頻結構；

用于探測倍頻光信號并通過差分方式處理所探測的數據、提取過零點在數組中的序號、計算參考臂與測量臂長度差的數據采集和處理單元。

2.根據權利要求1所述的基于非線性光學采樣的飛秒激光絕對距離測量裝置，其特征在于，所述邁克爾遜干涉測距裝置包括二分之一波片HWP1、偏振分光棱鏡PBS1、四分之一波片QWP1、四分之一波片QWP2，寬光譜反射鏡M1和寬光譜反射鏡M2，第一飛秒激光頻率梳（1）發出的光脈沖經過二分之一波片HWP1后在偏振分光棱鏡PBS1形成正交偏振光，正交偏振光的一路經四分之一波片QWP1后入射至寬光譜反射鏡M1，另一路經四分之一波片QWP2后入射至寬光譜反射鏡M2，兩路光的偏振狀態分別被旋轉90°后又反射回偏振分光棱鏡PBS1，并在偏振分光棱鏡PBS1合光。

3.根據權利要求2所述的基于非線性光學采樣的飛秒激光絕對距離測量裝置，其特征在于，所述寬光譜反射鏡M1和寬光譜反射鏡M2上鍍金或銀。

4.根據權利要求2所述的基于非線性光學采樣的飛秒激光絕對距離測量裝置，其特征在于，所述第二類相位匹配非線性光學倍頻結構包括二分之一波片HWP2、二分之一波片HWP3、偏振分光棱鏡PBS2、倍頻聚焦透鏡L1、倍頻聚焦透鏡L2、第二類相位匹配非線性倍頻晶體C1、第二類相位匹配非線性倍頻晶體C2、倍頻耦合透鏡L3和倍頻耦合透鏡L4；來自偏振分光棱鏡PBS1的合光經過二分之一波片HWP3后入射到偏振分光棱鏡PBS2，第二飛秒激光頻率梳（2）發出的光脈沖經過二分之一波片HWP2后入射到偏振分光棱鏡PBS2，兩束光在偏振分光棱鏡PBS2合光形成正交偏振光，正交偏振光的一路依次經倍頻聚焦透鏡L1、第二類相位匹配非線性倍頻晶體C1和倍頻耦合透鏡L3后輸入至數據采集和處理單元，另一路依次經倍頻聚焦透鏡L2、第二類相位匹配非線性倍頻晶體C3和倍頻耦合透鏡L4后輸入至數據采集和處理單元。

5.根據權利要求4所述的基于非線性光學采樣的飛秒激光絕對距離測量裝置，其特征在于，所述數據采集和處理單元包括探測器D1、探測器D2和高速數據采集卡以及控制單元（3），探測器D1接收來自倍頻耦合透鏡L3的一路光，探測器D2接收來自倍頻耦合透鏡L4的一路光，接收信號均送至高速數據采集卡以及控制單元（3）進行處理。

6.根據權利要求5所述的基于非線性光學采樣的飛秒激光絕對距離測量裝置，其特征在于，所述高速數據采集卡以及控制單元（3）使用與第二飛秒激光頻率梳（2）相同的頻率對探測器D1和探測器D2進行采樣。

7.根據權利要求1所述的基于非線性光學采樣的飛秒激光絕對距離測量裝置，其特征在于，所述第一飛秒激光頻率梳（1）和第二飛秒激光頻率梳（2）使用相同的激光增益介質，第一飛秒激光頻率梳（1）輸出重復頻率為f_r+Δf_r的線偏振周期飛秒脈沖，重復頻率f_r+Δf_r鎖定至原子鐘，并且該頻率可調；第二飛秒激光頻率梳（2）輸出重復頻率為f_r的線偏振周期飛秒脈沖，重復頻率f_r鎖定至原子鐘。

8.根據權利要求7所述的基于非線性光學采樣的飛秒激光絕對距離測量裝置，其特征在于，所述|Δf_r|<0.02f_r。