[发明专利]飞行时间和光强探测结合的光学频率梳测距装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种飞行时间和光强探测结合的光学频率梳测距装置和方法。

背景技术

光学频率梳具有宽光谱窄脉宽的优异特性，时域内光学频率梳是一个等间隔的脉冲序列，频域内是一系列等间隔的单独的纵模。光学频率梳实现了光学频标和微波频标的连接，从而计量的精度可以很高。

对于光学频率梳的测距技术来说，有两个最为重要的技术指标：精度和非歧义范围。非歧义范围，即在此范围内，可以通过测距系统唯一确定测距结果。时域内，非相干的时间飞行法可以在很广阔的测距范围内实现测距，但是由于光电探测设备的分辨力限制，这种方法的测距精度很低；相干的时间飞行法虽然提高了时间飞行的测距精度，但是其精度仍然不高，且其实际测距范围很小。频域内，光谱干涉的方法测距精度很高，但是由于光谱探测设备的分辨率限制，测距范围不大。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供了一种飞行时间和光强探测结合的光学频率梳测距装置和方法，装置中包含三个等效的迈克尔逊干涉仪，其中，一个迈克尔逊干涉仪探测光学频率梳的干涉光强，其余两个探测并记录光学频率梳的干涉条纹。利用干涉光强，可以保证测距精度在纳米量级。探测并记录干涉条纹，进而确定干涉条纹之间的相对位置，可以唯一的确定测距结果，同时对于该方法，把非歧义范围拓展到理论上的最大值。该方法设计简洁，结构简单，易于调节。

本发明一种飞行时间和光强探测结合的光学频率梳测距装置，该装置包括：光学频率梳、参考反射镜M_R、分束器BS₁、分束器BS₂、目标反射镜M_T1、目标反射镜M_T2、遮光板S₁、遮光板S₂；所述参考反射镜M_R、分束器BS₁、分束器BS₂、目标反射镜M_T1、目标反射镜M_T2构成了三个等效的迈克尔逊干涉仪，所述分束器BS₂位于所述的分束器BS₁和目标反射镜M_T1之间，其中，由参考反射镜M_R、分束器BS₁、分束器BS₂和目标反射镜M_T1构成迈克尔逊干涉仪A，由参考反射镜M_R、分束器BS₁、分束器BS₂和目标反射镜M_T2构成迈克尔逊干涉仪B，由目标反射镜M_T1、B分束器S₂和目标反射镜M_T2构成迈克尔逊干涉仪C；所述遮光板S₁位于分束器BS₂与目标反射镜M_T1之间，所述遮光板S₂位于分束器BS₂与目标反射镜M_T2之间；在所述迈克尔逊干涉仪A和所述迈克尔逊干涉仪B的输出光路上设有一透镜和光电探测器PD₁，所述迈克尔逊干涉仪A用于探测目标反射镜M_T1返回脉冲的空间相对位置，所述迈克尔逊干涉仪B用于探测目标反射镜M_T2返回脉冲的空间相对位置；在所述迈克尔逊干涉仪C的输出光路上设有光电探测器PD₂，所述迈克尔逊干涉仪C用于探测目标反射镜M_T1和目标反射镜M_T2各自返回的脉冲干涉后的光强；所述参考反射镜M_R设在一纳米位移平台PZT1上，所述目标反射镜M_T1设在一纳米位移平台PZT2上；有一示波器，用于显示光电探测器PD₁和光电探测器PD₂的输出电信号。

本发明一种飞行时间和光强探测结合的光学频率梳测距方法，采用上述飞行时间和光强探测结合的光学频率梳测距装置，并包括以下步骤：

步骤一、移动纳米位移平台PZT2，使所述迈克尔逊干涉仪C两个臂的距离差为待测距离L；