[发明专利]基于光频梳校准的双色激光扫描绝对距离测量装置和方法

说明书

技术领域

本发明为一种基于光频梳校准的双色激光扫描绝对距离测量装置和方法。

背景技术

激光干涉测距技术通过测量参考光路和测量光路的干涉相位并依据干涉相位与光程差的对应关系，获得测量光路相对于参考光路的距离差。

根据探测相位的不同，激光干涉测距可分为增量式测量法和绝对距离测量法两大类。增量式测量法通过固定参考光路光程、连续调节测量光路光程，探测两路光信号的干涉相位的变化量，反演得到相对距离的变化。增量式测量法具有测量精度高、测量量程大和测量速度快等特点，但是测量光路的距离变化依赖于高精度位移导轨来实现且测量过程中不能遮挡光路。绝对距离测量法采用合成波长原理使测量波长增长，探测相位的周期整数和周期小数，从而获得测量光路的绝对距离。绝对距离激光干涉测量无须调节测量光路即可直接测得绝对距离，在大型装备制造、空间卫星定位、激光雷达等有着广泛应用。基于波长扫描干涉的合成波长绝对距离测量法是将可调谐激光器输出光的频率产生连续变化，形成瞬时合成波长实现绝对距离测量。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于光频梳校准的双色激光扫描绝对距离测量装置和方法，提高了测量精度。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于光频梳校准的双色激光扫描绝对距离测量装置，包括：

用于输出单一线偏振的飞秒激光脉冲以及两路单一频率、单一线偏振激光的激光光源系统1；

用于保持激光光源系统1的输出光偏振态不变，并分别传输至迈克尔逊干涉系统3和激光频率标定系统4的保偏光纤系统2；

用于将待测绝对距离转化为干涉信号强度的变化的迈克尔逊干涉系统3；

以及，

用于控制激光光源系统1输出激光的波长扫描，并根据波长扫描时激光频率变化量及干涉信号的周期整数和周期小数的变化量，进而计算出绝对距离量的激光频率标定系统4。

所述激光光源系统1包括第一可调谐激光器10、第二可调谐激光器11和飞秒光频梳12。

所述保偏光纤系统2包括第一1×2保偏光纤耦合器20、第二1×2保偏光纤耦合器21、第一2×1保偏光纤耦合器22和第二2×1保偏光纤耦合器23，其中，所述第一1×2保偏光纤耦合器20的光输入端接第一可调谐激光器10的输出端，一路光输出端接第一2×1保偏光纤耦合器22的一路光输入端，第二1×2保偏光纤耦合器21的光输入端接第二可调谐激光器11的输出端，一路光输出端接第二2×1保偏光纤耦合器23的一路光输入端，第一2×1保偏光纤耦合器22和第二2×1保偏光纤耦合器23的另一路光输入端均接飞秒光频梳12的输出端。

所述迈克尔逊干涉系统3包括第一准直扩束器30、第二准直扩束器31、第一二相色镜32、分光棱镜33、参考角锥棱镜34、测量角锥棱镜35、第二二相色镜36、第一光电探测器37和第二光电探测器38，其中，所述第一准直扩束器30的光输入端接第一1×2保偏光纤耦合器20的另一路光输出端，第二准直扩束器31的光输入端接第二1×2保偏光纤耦合器21的另一路光输出端，第一准直扩束器30的输出光在第一二相色镜32处反射，第二准直扩束器31的输出光在第一二相色镜32处透射，之后合光送入由所述分光棱镜33、参考角锥棱镜34和测量角锥棱镜35组成的迈克尔逊干涉仪，所述迈克尔逊干涉仪的混合干涉光被第二二相色镜36一路反射至第一光电探测器37，另一路透射至第二光电探测器38。

所述分光棱镜33将输入的合光光束等光强分成两路，一路反射至参考角锥棱镜34，经角锥棱镜34反射后再由分光棱镜33透射至第二二相色镜36；另一路经透射至测量角锥棱镜35，经角锥棱镜35反射回分光棱镜33后再反射至第二二相色镜36。

所述激光频率标定系统4包括第三光电探测器40、第四光电探测器41、第一窄带带通滤波器42、第二窄带带通滤波器43、数据采集卡44和控制器45，所述第三光电探测器40的输入端接第一2×1保偏光纤耦合器22的输出端，输出端接第一窄带带通滤波器42的输入端，所述第四光电探测器41的输入端接第二2×1保偏光纤耦合器23的输出端，输出端接第二窄带带通滤波器43的输入端，第一光电探测器37、第二光电探测器38、第一窄带带通滤波器42和第二窄带带通滤波器43均接入数据采集卡44，数据采集卡44接控制器45，控制器45的电输出端接所述第一可调谐激光器10、第二可调谐激光器11和飞秒光频梳12。