[发明专利]基于飞秒光梳同步锁频的多波长干涉实时绝对测距装置

说明书

技术领域

本发明主要涉及到激光测距领域，特指一种基于飞秒光梳同步锁频的多波长干涉实时绝对测距装置。

背景技术

激光测距是目前精度最高的距离测量方法和技术。传统测距方式主要分为激光非相干测量和干涉测量两大类。前者已被广泛应用于对地、对月观测定位等空间远距离测量，但受限于电子分辨能力，测量精度只能到mm量级。基于零差和外差理论的激光干涉测量技术虽能实现纳米定位精度，已比较成熟地应用于精密工程领域，但由于其测量原理基于条纹计数和相位累加，因此测量非模糊度量程(NAR)仅为半个激光波长，无法满足大尺寸装备制造和机械安装中绝对距离测量的要求，如大飞机制造、船舶制造、雷达天线距离监测、大型精密机床的测量和装配等。为此，发展大尺寸高精度激光绝对测距原理和技术，对科学研究、工业生产和航空航天等众多领域具有重要意义。

随着精密光谱学的发展，有从业者提出了一种革命性的新型激光光源—飞秒激光光学频率梳(简称“飞秒光梳”)，它的出现不仅实现了光学频率和微波频率的对接，而且带来了长度计量和激光绝对距离测量技术的革新，为实现大尺寸高精度激光绝对测距提供了诸多新方法和新技术，有望在空间环境下对上千公里的测距目标达到纳米级的理论测量分辨率和精度。

经典的外差干涉仪一般是基于迈克尔逊干涉仪光路，双频激光光源出射频差固定且偏振方向互相垂直的线偏振光，当光源经过偏振分光棱镜分别进入参考路和测量路时会存在偏振成分的泄露，因而形成的外差干涉信号存在偏振混叠，造成测量结果的非线性误差。为了克服偏振混叠造成的测相非线性误差，必须在干涉仪光路中使用非偏振光学分光元件。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种适用范围广、精度高的基于飞秒光梳同步锁频的多波长干涉实时绝对测距装置。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于飞秒光梳同步锁频的多波长干涉实时绝对测距装置，包括：

飞秒光梳同步锁频的多波长发生器，用来出射多个高频率稳定度的目标波长激光，即作为输出锁频到飞秒光梳的多波长激光光源；

外差干涉仪，用来接收由飞秒光梳同步锁频的多波长发生器输出的激光，该激光经过准直后入射到外差干涉仪，发生干涉的返回测量光和参考光由透镜聚焦耦合到单模光纤中，形成混合的多波长外差干涉信号；

同步相位解调模块，用来将外差干涉仪得到的混合干涉信号通过波长解调分离得到各个波长对应的干涉信号，并对各个波长的干涉信号进行同步相位测量；

处理分析模块，用来对同步相位解调模块测量得到的小数相位信息和准确的波长值，利用多波长算法得到精确的绝对距离值。

作为本发明的进一步改进：所述飞秒光梳同步锁频的多波长发生器包括光纤布拉格光栅阵列FBGA和多个CW激光器；飞秒光梳经过所述光纤布拉格光栅阵列FBGA后并列筛选出多个梳模区间，并与多个所述CW激光器发射的目标波长激光形成拍频；基于拍频利用OPLL技术对CW激光频率进行反馈控制，完成激光器频率锁定；再通过所述光纤布拉格光栅阵列FBGA将稳频之后的多个CW激光高效地耦合到同一根单模光纤上，实现出射多个高频率稳定度的目标波长激光。

作为本发明的进一步改进：所述OPLL锁频的具体过程为：经所述光纤布拉格光栅阵列FBGA选频之后的部分飞秒光梳梳模与CW激光器产生拍频f_b，由探测器PD转化为电信号之后，以信号发生器FG产生的基准信号为参考，利用电子学锁相环机理对拍频进行锁定，并对CW激光器的注入电流利用P-I控制器进行反馈控制，最终将CW激光频率锁定到了固定的一个光梳梳模上。

作为本发明的进一步改进：所述外差干涉仪包括1×2光纤耦合器，通过1×2光纤耦合器将多波长光源分为两路，分别经过具有一定频差的两个声光调制器进行频移；经第一声光调制器AOM₁频移后的激光通过带光纤接口的准直棱镜后由分光棱镜BS进行分束，一束进入到参考光路，另一束照射到目标镜CC后返回进入测量光路；经第二声光调制器AOM₂频移后的激光则经分束后直接进入参考光路和测量光路，最终在参考和测量路同时形成混合的多波长外差干涉信号。