[发明专利]锁至动态边带的可变合成波长绝对距离测量装置与方法

说明书

本发明公开了一种锁定至动态边带的可变合成波长绝对距离测量装置与方法。用由可调时钟源驱动的高频电光相位调制器对单频参考激光进行调制，产生等频率间隔的激光边带；通过偏频锁定技术将可调谐激光器锁定至第五阶边带；锁定后，边带的间隔频率由可调时钟源决定，即动态边带；动态调整可调时钟源的频率，边带的间隔频率与两激光器的频差将随之改变；结合多波长干涉法，所构建的合成波长也由可调时钟源决定，即可变合成波长；动态调整可变合成波长，从大到小连续构建多级二阶合成波长；结合合成波长过渡理论求得待测距离。本发明解决了绝对距离测量中难以从大到小连续精确构建多级合成波长的问题，可以广泛应用于干涉测量技术领域。

技术领域

本发明属于激光干涉测量领域，特别是锁至动态边带的可变合成波长绝对距离测量装置与方法。

背景技术

基于合成波长的多波长干涉法因非模糊距离大、相对精度高等优点，被广泛应用于绝对距离干涉测量领域。多波长干涉法的关键技术是通过多个不同的激光波长来构建合成波长。采用固定波长激光器(如氦氖激光器、碘稳频激光器)的传统方法，需要多个波长就需要多台激光器，导致系统变得复杂，并且合成波长的构建会受限制，难以实现从大到小的级间过渡。采用可调谐激光器的传统方法主要通过对激光二极管的电流进行调制来实现激光波长的调谐，进而实现多个波长。但传统方法中激光波长调谐分辨力不够高，难以精确构建大合成波长，并且调谐范围不够大，难以构建小合成波长；此外，调谐精度不够高并且调谐过程容易受到环境温度等的干扰，导致合成波长稳定性差，测量精度难以提高。

近些年，将可调谐激光器锁定至飞秒光频梳的多波长干涉法提高了频率调谐精度，但飞秒光频梳的梳齿间隔频率通常仅能在MHz量级进行微调，因而要获得不同波长的激光，需要将可调谐激光器锁定至不同的梳齿，构建不同合成波长时需要先解锁后再重新锁定至另一梳齿，合成波长大小由两次锁定时跳过的梳齿数目来确定，频繁地进行锁定与解锁对偏频锁定系统要求极高并且比较耗时，降低了测量效率。此外，受限于光频梳重复频率，这种方法通常仅能构建3m以内的合成波长，难以满足大尺寸绝对距离测量的要求。

所以，如何控制激光器精确地进行频率调谐、如何从大到小连续构建多级合成波长都是需要解决的关键技术问题。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明公开了一种锁至高频电光相位调制器(EOM)动态边带的可变合成波长绝对距离测量装置与方法，本发明解决了多波长干涉法中频率调谐精度低、绝对距离测量中难以从大到小连续精确构建多级合成波长的问题，能广泛应用于干涉测量领域。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一、一种锁至动态边带的可变合成波长绝对距离测量装置：

装置包括参考激光器、第一光纤分束器、高频电光相位调制器、正交光纤合束器、高频放大器、可调时钟源、原子钟、偏频探测及锁定控制器、可调谐激光器、第二光纤分束器、光纤合束器和弦相位调制干涉仪；参考激光器的输出端连接至第一光纤分束器的输入端，第一光纤分束器的输出端分别连接至高频电光相位调制器的一个输入端和正交光纤合束器的一个输入端；可调时钟源的输出端连接至高频放大器的输入端，高频放大器的输出端连接至高频电光相位调制器的另一个输入端，高频电光相位调制器的输出端连接至光纤合束器的输入端；可调谐激光器的输出端连接至第二光纤分束器的输入端，第二光纤分束器的输出端分别连接至光纤合束器的另一个输入端和正交光纤合束器的另一个输入端；光纤合束器的输出端连接到偏频探测及锁定控制器的输入端，偏频锁定控制器的输出端连接至可调谐激光器的输入端；正交光纤合束器的输出端连接至耦合器的输入端；耦合器输出到正弦相位调制干涉仪，原子钟的输出端连接至可调时钟源和偏频探测及锁定控制器的输入端。