[发明专利]一种微腔光梳激光器、测距装置及测距方法

说明书

本发明提供一种微腔光梳激光器、测距装置及测距方法，涉及激光测距技术领域，包括片上半导体激光器与高品质因子微腔，微腔包括耦合波导与环形光学微腔；片上半导体激光器与耦合波导连接，耦合波导与环形光学微腔相切；片上半导体激光器用于发出单频泵浦激光，单频泵浦激光经由耦合波导进入环形光学微腔，环形光学微腔用于将单频泵浦激光转变为多频光梳激光，环形光学微腔内部分泵浦激光散射回片上半导体激光器，形成孤子锁模光脉冲。本发明通过耦合波导与环形光学微腔将单频泵浦激光进行波导耦合，产生孤子锁模光脉冲，结合电光采样时域探测方法与孤子微梳时序调控技术，实现一种便携型、高速且高精度的激光测距装置。

技术领域

本发明涉及激光测距技术领域，尤其涉及一种微腔光梳激光器、测距装置及测距方法。

背景技术

测距装置在人类的日常生活、生产以及科学研究中具有举足轻重的作用，随着技术的发展，需要精度高、速度快以及携带方便的距离测量，例如车载激光雷达、工业测绘、微纳加工与生物医疗，以及国防军事上的导弹定位与航天器对准等领域，无不需要高性能与便携式的测距装置。

目前，基于单频激光干涉或者调制激光相移的传统测距方法已经无法满足目前多个领域的测距精度与测距速度。例如，单频激光干涉测距只能测量连续变化的位移，而调制激光相移则容易受到调制非线性带来的循环误差的干扰。

利用光学频率梳实现绝对距离的测量是目前测量科学的前沿研究领域之一，此概念最早由日本的Minoshima等人在2000年提出。通过探测光梳梳齿之间拍频信号在传播过程中的相位变化，在240m的距离上实现了微米级的精度的长度测量。以此为起点，人们又发展出了基于光梳的飞行时间法、多波长干涉法、双光梳测距法以及调制连续波法等测量手段，进一步地将测量的精度提升到纳米甚至亚纳米级。然而，目前通常使用桌面级的飞秒锁模激光器作为产生光梳的平台，典型的如钛蓝宝石锁模激光器和光纤锁模激光器等，具有如下的局限性：体积大，能耗高，价格昂贵；重复频率较低；钛蓝宝石锁模激光器将光梳的使用场景主要局限在实验室内，而光纤锁模激光器则影响了测量的响应速度。

发明内容

本发明提供一种微腔光梳激光器、测距装置及测距方法，用以解决现有技术中光梳激光器体积大，能耗高，价格昂贵，重复频率较低的缺陷，实现一种成本低，响应速度快，精度高的便携式微腔光梳激光器、测距装置及其测距方法。

本发明提供一种微腔光梳激光器，包括片上半导体激光器与高品质因子微腔，所述高品质因子微腔包括耦合波导与环形光学微腔；所述片上半导体激光器的输出端与所述耦合波导的输入端连接，所述耦合波导与所述环形光学微腔相切；

所述片上半导体激光器用于发出单频泵浦激光，所述单频泵浦激光经由所述耦合波导进入所述环形光学微腔，所述环形光学微腔用于将所述单频泵浦激光转变为多频光梳激光，所述环形光学微腔内部分泵浦激光散射回所述片上半导体激光器，形成所述片上半导体激光器与所述高品质因子微腔模式注入锁定，并在微腔中产生孤子锁模光脉冲。

根据本发明提供的一种微腔光梳激光器，所述片上半导体激光器采用三五族半导体材料作为增益介质。

根据本发明提供的一种微腔光梳激光器，所述片上半导体激光器为分布反馈式激光器结构。

根据本发明提供的一种微腔光梳激光器，所述耦合波导和/或所述环形光学微腔由二氧化硅、硅、氮化硅、铌酸锂、氮化铝、氮化镓与锗中的一种材料制成。

根据本发明提供的一种微腔光梳激光器，还包括电源，所述电源用于向所述片上半导体激光器供电。

本发明还提供一种测距装置，包括如上述任一项所述的微腔光梳激光器，还包括电光分离装置与电光采样时域探测装置，所述微腔光梳激光器发出的孤子锁模光脉冲通过所述电光分离装置分成两路，一路转变为电脉冲并传输至所述电光采样时域探测装置；另一路发射至待测物并经反射回收，传输至所述电光采样时域探测装置。