[發明專利]一種全光纖大尺寸高精度飛秒激光絕對測距系統

在審

• 申請號: 202111425981.0
• 申請日: 2021-11-24
• 公開（公告）號: CN114236560A
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 韓繼博;武騰飛;白毓;張磊;呂林杰;李新良
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司北京長城計量測試技術研究所
• 主分類號: G01S17/10
• 分類號: G01S17/10;G01S17/32
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 王松

本發明公開的一種全光纖大尺寸高精度飛秒激光絕對測距系統，屬于激光測距領域。本發明包括第一全光纖飛秒激光器、第二全光纖飛秒激光器、光纖分束器、第一光纖環形器、波分復用器、消色差光纖準直器、第一光纖合束器、第二光纖合束器、半導體激光器、第二光纖環形器、第一光電探測器、第二光電探測器以及數據采集與處理模塊。本發明采用雙飛秒激光測距技術與相位激光測距技術相結合的方式，實現大尺寸高精度絕對距離測量；本發明采用全光纖結構，消色差大光束準直器共路傳輸兩種測量光，提高系統的穩定性，解決傳統雙飛秒激光測距系統需要調整重頻才能完成絕對距離測量的弊端。本發明具有測量精度高、更新速度快、測量方法簡單等優點。

技術領域

本發明屬于激光測距領域，涉及一種全光纖大尺寸高精度飛秒激光絕對測距系統。

背景技術

飛秒脈沖激光具有寬光譜、窄脈沖、峰值能量高等特性，將飛秒脈沖的重復頻率和載波包絡相位同時鎖定到高穩定的外部參考銣鐘上，大大提高了飛秒脈沖時域和頻域上的穩定性，形成飛秒光學頻率梳。飛秒光學頻率梳的出現，為高精度絕對距離測量提供了新的技術手段。例如，主要有結合非相干原理和相干原理的測距法、時間飛行測距法、多波長干涉測距法、光譜干涉法、互相關測距法、合成波長測距法及雙飛秒激光測距法。以上方法都有自己的優勢和潛在的應用價值。

雙飛秒激光測距法，具有測量精度高，速度快，無測量死區等優勢，可以解決傳統激光測距方法中不能同時實現高精度與絕對距離測量的矛盾，在大尺寸計量校準、遠距離測繪及大型裝備裝配等領域具有潛在的應用前景。但是傳統的雙飛秒激光測距法不能通過一次測量實現絕對距離測量，需要調整飛秒激光器的重復頻率再次測量，才能計算出絕對距離，測量過程復雜，不利于實現工程應用。

發明內容

為了克服上述技術存在的缺點，本發明的目的是提供一種全光纖大尺寸高精度飛秒激光絕對測距系統，結合雙飛秒激光測距技術與相位測距技術的優勢，具備100m以上的測量量程、亞μm級的測距精度、kHz的測量速度，能夠實現快速絕對距離測量。本發明具有測量精度高、更新速度快、測量方法簡單等優點。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的：

本發明公開的一種全光纖大尺寸高精度飛秒激光絕對測距系統，雙飛秒激光測距單元具有測量精度高、測量速度快的優點，相位激光測距單元具有遠距離測量及測量光人眼可見的優點，采用雙飛秒激光測距技術與相位激光測距技術相結合的方式，實現大尺寸高精度絕對距離測量。

本發明公開的一種全光纖大尺寸高精度飛秒激光絕對測距系統，包括第一全光纖飛秒激光器、第二全光纖飛秒激光器、光纖分束器、第一光纖環形器、波分復用器、消色差光纖準直器、第一光纖合束器、第二光纖合束器、半導體激光器、第二光纖環形器、第一光電探測器、第二光電探測器以及數據采集與處理模塊。

第一全光纖飛秒激光器、第二全光纖飛秒激光器，作用是發出雙飛秒測距單元所用飛秒脈沖激光；第一全光纖飛秒激光器與第二全光纖飛秒激光器具有微小重頻差，且第一全光纖飛秒激光器重頻大于第二全光纖飛秒激光器，中心波長相同。所述微小重頻差根據測量速度而定。

作為優選，第一全光纖飛秒激光器與第二全光纖飛秒激光器，中心波長都為1560nm。

半導體激光器，作用是發出相位測距單元所用激光，半導體激光器輸出的激光中心波長為人眼可見激光，并通過柱透鏡或非球面耦合進光纖。

作為優選，半導體激光器輸出的激光中心波長為635nm，并通過柱透鏡或非球面耦合進光纖。

光纖分束器，作用是將第一全光纖飛秒激光器發出的飛秒脈沖激光分成兩束，一束作為參考光，另一束作為測量光。

第一光纖環形器，為三端口環形器，作用是1端口輸入飛秒測量光，2端口輸出飛秒測量光，3端口輸出返回的飛秒測量光。

波分復用器，作用是實現雙飛秒測距測量光與相位測距測量光的合束與分束，波分復用器有三個工作端口。