[發明專利]一種高重頻飛秒光梳多波長干涉絕對測距系統及方法

在審

• 申請號: 202011347358.3
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112526533A
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 王國超;譚立龍;杜文正;程洪杰;盧瑞濤;管文良;李若亭;唐圣金;葉輝;侯帥
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍火箭軍工程大學
• 主分類號: G01S17/08
• 分類號: G01S17/08;G01S7/48;G01S7/481
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 閔亞紅

本發明提供了一種高重頻飛秒光梳多波長干涉絕對測距系統及方法，所述絕對測距系統包括依次相連的高重頻飛秒光梳、第一窄帶寬光學濾波陣列、光學放大陣列、光學調制與光合成陣列、光學外差干涉光路、第二窄帶寬光學濾波陣列、光電探測陣列和多路同步相位計；還包括設置在外差干涉儀光路上的環境傳感器；所述環境傳感器和多路同步相位計均與數據處理模塊數據連接。本發明的基于高重頻飛秒光梳的多波長干涉絕對測距系統從飛秒光梳譜線中直接提取多個波長，并進行功率放大之后直接進行高精度多波長干涉絕對測距，不僅能直接利用光梳梳模的良好光譜特性，而且整個測距系統將得到大大簡化，降低多波長干涉絕對測距系統的體積和集成化成本。

技術領域

本發明主要涉及到激光測距領域，特別地，涉及一種高重頻飛秒光梳多波長干涉絕對測距系統及方法。

背景技術

實現大尺寸高精度絕對距離測量對國民經濟和科學研究的眾多領域具有重要意義，激光測距以其快速高精度等優點成為目前最為成熟和廣泛應用的技術之一。傳統激光測距方式主要分為激光非相干測量和干涉測量兩大類：前者已被廣泛應用于對地、對月觀測定位等空間遠距離測量，但受限于電子分辨能力，測量精度只能到毫米或亞毫米量級；激光干涉測量技術能實現納米級測量精度，被認為是目前精度最高的測距手段，現已廣泛應用于精密工程領域。但由于傳統激光干涉測距工作原理的本質是對干涉條紋進行整數計數和條紋細分，因此，對應的測距非模糊度量程為激光波長的一半，這種測距模式無法滿足大尺寸絕對測距的要求。多波長干涉絕對測距方法通過多個波長進行干涉測量，能同時兼顧非模糊度量程大和精度測量高的特點，然而受限于對多波長激光光源的多路高相干、高頻率穩定度和波長跨越區間大的高要求，在較長時間內一直發展緩慢，一直未能突破大尺寸、高精度和實時快速等一體化測量的瓶頸。

本世紀初，隨著精密光譜學的發展，誕生了一種具有里程碑意義的新型激光光源—飛秒激光光學頻率梳(簡稱飛秒光梳)，其出現不僅帶來了光譜計量技術的革新，而且為大尺寸高精度激光絕對測距的實現提供了諸多新方法和新技術。飛秒光梳在時域表現為周期性的飛秒脈沖，在頻域則表現為等頻率間隔、超寬帶、窄線寬、高穩定度的一系列離散譜線，是非常理想的多波長激光光源。然而，普通飛秒光梳由于梳齒間隔很小(對應重復頻率為10MHz～1GHz)，一般擁有幾萬根譜線，單根譜線平均功率僅為微瓦(μW)甚至亞微瓦量級，不能直接用來進行多波長干涉測量。為克服單根梳模譜線能量低的問題，發明人曾開展技術研究，將飛秒光梳作為光學頻率標尺，將多個連續波激光器鎖頻至飛秒光梳上，由此產生多波長干涉光源進行絕對測距，見文獻(Wang G.C.,Jang Y.-S.,Hyun S.,Chun B.J.,Kang H.J.,Yan S.H.,Kim S.-W.,Kim Y.-J.Absolute positioning by multi-wavelength interferometry referenced to the frequency comb of a femtosecondlaser.Optics Express,2015,23,9121–9129.)和文獻(Wang Guochao,Tan Lilong andYan Shuhua.Real-Time and Meter-Scale Absolute Distance Measurement byFrequency-Comb-Referenced Multi-Wavelength Interferometry.Sensors,2018,18,500.)，但系統硬件復雜，體積龐大，價格昂貴。

因此，業內急需一種多波長干涉絕對測距系統的新型技術。

發明內容

針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一種高重頻飛秒光梳多波長干涉絕對測距系統和方法，利用高重頻飛秒光梳的高重頻、高梳模功率和精確頻率尺特性，直接提取放大梳模產生波長相異的多波長激光來進行多波長同步干涉，從而實現高精度、大量程、實時絕對測距。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：