基于飛秒光梳同步鎖頻的多波長干涉實時絕對測距裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明主要涉及到激光測距領(lǐng)域，特指一種基于飛秒光梳同步鎖頻的多波長干涉 實時絕對測距裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 激光測距是目前精度最高的距離測量方法和技術(shù)。傳統(tǒng)測距方式主要分為激光非 相干測量和干涉測量兩大類。前者已被廣泛應(yīng)用于對地、對月觀測定位等空間遠距離測量， 但受限于電子分辨能力，測量精度只能到_量級?；诹悴詈屯獠罾碚摰募す飧缮鏈y量技 術(shù)雖能實現(xiàn)納米定位精度，已比較成熟地應(yīng)用于精密工程領(lǐng)域，但由于其測量原理基于條 紋計數(shù)和相位累加，因此測量非模糊度量程(NAR)僅為半個激光波長，無法滿足大尺寸裝備 制造和機械安裝中絕對距離測量的要求，如大飛機制造、船舶制造、雷達天線距離監(jiān)測、大 型精密機床的測量和裝配等。為此，發(fā)展大尺寸高精度激光絕對測距原理和技術(shù)，對科學(xué)研 究、工業(yè)生產(chǎn)和航空航天等眾多領(lǐng)域具有重要意義。
[0003] 隨著精密光譜學(xué)的發(fā)展，有從業(yè)者提出了一種革命性的新型激光光源一飛秒激光 光學(xué)頻率梳(簡稱"飛秒光梳"），它的出現(xiàn)不僅實現(xiàn)了光學(xué)頻率和微波頻率的對接，而且?guī)?來了長度計量和激光絕對距離測量技術(shù)的革新，為實現(xiàn)大尺寸高精度激光絕對測距提供了 諸多新方法和新技術(shù)，有望在空間環(huán)境下對上千公里的測距目標達到納米級的理論測量分 辨率和精度。
[0004] 經(jīng)典的外差干涉儀一般是基于邁克爾遜干涉儀光路，雙頻激光光源出射頻差固定 且偏振方向互相垂直的線偏振光，當光源經(jīng)過偏振分光棱鏡分別進入?yún)⒖悸泛蜏y量路時會 存在偏振成分的泄露，因而形成的外差干涉信號存在偏振混疊，造成測量結(jié)果的非線性誤 差。為了克服偏振混疊造成的測相非線性誤差，必須在干涉儀光路中使用非偏振光學(xué)分光 元件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于:針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一 種適用范圍廣、精度高的基于飛秒光梳同步鎖頻的多波長干涉實時絕對測距裝置。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0007] -種基于飛秒光梳同步鎖頻的多波長干涉實時絕對測距裝置，包括：
[0008] 飛秒光梳同步鎖頻的多波長發(fā)生器，用來出射多個高頻率穩(wěn)定度的目標波長激 光，即作為輸出鎖頻到飛秒光梳的多波長激光光源；
[0009] 外差干涉儀，用來接收由飛秒光梳同步鎖頻的多波長發(fā)生器輸出的激光，該激光 經(jīng)過準直后入射到外差干涉儀，發(fā)生干涉的返回測量光和參考光由透鏡聚焦耦合到單模光 纖中，形成混合的多波長外差干涉信號；
[0010] 同步相位解調(diào)模塊，用來將外差干涉儀得到的混合干涉信號通過波長解調(diào)分離得 到各個波長對應(yīng)的干涉信號，并對各個波長的干涉信號進行同步相位測量；
[0011] 處理分析模塊，用來對同步相位解調(diào)模塊測量得到的小數(shù)相位信息和準確的波長 值，利用多波長算法得到精確的絕對距離值。
[0012] 作為本發(fā)明的進一步改進:所述飛秒光梳同步鎖頻的多波長發(fā)生器包括光纖布拉 格光柵陣列FBGA和多個CW激光器;飛秒光梳經(jīng)過所述光纖布拉格光柵陣列FBGA后并列篩選 出多個梳模區(qū)間，并與多個所述CW激光器發(fā)射的目標波長激光形成拍頻;基于拍頻利用 0PLL技術(shù)對CW激光頻率進行反饋控制，完成激光器頻率鎖定;再通過所述光纖布拉格光柵 陣列FBGA將穩(wěn)頻之后的多個CW激光高效地耦合到同一根單模光纖上，實現(xiàn)出射多個高頻率 穩(wěn)定度的目標波長激光。
[0013] 作為本發(fā)明的進一步改進:所述0PLL鎖頻的具體過程為:經(jīng)所述光纖布拉格光柵 陣列FBGA選頻之后的部分飛秒光梳梳模與CW激光器產(chǎn)生拍頻f b，由探測器轉(zhuǎn)化為電信號 之后，以信號發(fā)生器FG產(chǎn)生的基準信號為參考，利用電子學(xué)鎖相環(huán)機理對拍頻進行鎖定，并 對CW激光器的注入電流利用P-Ι控制器進行反饋控制，最終將CW激光頻率鎖定到了固定的 一個光梳梳模上。
[0014] 作為本發(fā)明的進一步改進:所述外差干涉儀包括1X2光纖耦合器，通過1X2光纖 耦合器將多波長光源分為兩路，分別經(jīng)過具有一定頻差的兩個聲光調(diào)制器進行頻移;經(jīng)第 一聲光調(diào)制器AOMi頻移后的激光通過帶光纖接口的準直棱鏡后由分光棱鏡BS進行分束，一 束進入到參考光路，另一束照射到目標鏡CC后返回進入測量光路;經(jīng)第二聲光調(diào)制器A0M2 頻移后的激光則經(jīng)分束后直接進入?yún)⒖脊饴泛蜏y量光路，最終在參考和測量路同時形成混 合的多波長外差干涉信號。
[0015] 作為本發(fā)明的進一步改進:所述同步相位解調(diào)模塊用來將干涉儀得到的參考光和 測量光多波長外差干涉信號分別通過FBGA將各波長所對應(yīng)的干涉信號進行分離，然后再通 過光電探測器陣列TOA對外差干涉光信號進行光電轉(zhuǎn)換，獲取各波長對應(yīng)的多組參考和測 量電信號，最終將多組外差信號進行多路同步相位測量，從而實現(xiàn)多波長干涉的同步相位 解調(diào)。
[0016] 作為本發(fā)明的進一步改進:所述處理分析模塊為一個計算處理及數(shù)顯模塊，用來 實現(xiàn)對環(huán)境傳感器的采集和對外通信，并補償空氣折射率;所述處理分析模塊利用所測環(huán) 境參數(shù)、精確波長值及小數(shù)相位測量值，通過小數(shù)重合算法找準整數(shù)相位并得到絕對距離 值，還對結(jié)果進行最終的顯示和存儲。
[0017] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：
[0018] 1、本發(fā)明的基于飛秒光梳同步鎖頻的多波長干涉實時絕對測距裝置，使用飛秒光 梳產(chǎn)生多波長穩(wěn)頻光源進行干涉測距，保留了單波長激光干涉測量的納米分辨力和精度， 測量結(jié)果可溯源至微波頻率基準。
[0019] 2、本發(fā)明的基于飛秒光梳同步鎖頻的多波長干涉實時絕對測距裝置，通過多波長 干涉有效拓展了測距非模糊度量程，隨著所用波長數(shù)量的增加，絕對測距量程能達到幾米 甚至上十米。
[0020] 3、本發(fā)明的基于飛秒光梳同步鎖頻的多波長干涉實時絕對測距裝置，由于采用多 波長同步干涉測量，不需要進行波長頻率掃描或參考光路掃描，能夠?qū)崿F(xiàn)大尺寸、快速、動 態(tài)、實時測量。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明實施例中基于飛秒光梳同步鎖頻的多波長干涉實時絕對測距裝置 圖；
[0022]圖2是本發(fā)明具體實施例中基于0PLL產(chǎn)生高穩(wěn)頻連續(xù)波激光的原理示意圖；
[0023] 圖3是本發(fā)明具體實施例中基于飛秒光梳同步鎖頻產(chǎn)生的多波長位置示意圖；
[0024] 圖4是本發(fā)明具體實施例中多波長干涉同步相位解調(diào)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖5是本發(fā)明具體實施例中小數(shù)重合法求取整數(shù)相位的原理示意圖；
【具體實施方式】
[0026] 以下將結(jié)合說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。
[0027] "飛秒光梳"是由飛秒鎖模激光器產(chǎn)生，時域上表現(xiàn)為一連串飛秒激光周期脈沖序 列，且此時飛秒脈沖序列的重復(fù)頻率和載波包絡(luò)頻移f。均鎖定到了微波頻率標準，如原子 鐘;在頻域內(nèi)為等頻率間隔的寬帶離散頻譜，這些頻譜以載波頻率為中心向兩邊延伸，仿佛 一把頻率尺子上的刻度，最小刻度為頻率間隔f r，頻譜范圍可達到一個光學(xué)倍頻程，且每一 根譜線可直接溯源至微波頻率基準。多波長干涉絕對測距則是在合成波長理論基礎(chǔ)上發(fā)展 而來的，為了保持激光干涉測量的高精度，同時兼具絕對測距能力。本發(fā)明正是利用飛秒光 梳的超精頻率尺特性，可以同時產(chǎn)生波長相異、穩(wěn)定性極高的多波長激光光源來進行同步 干涉，通過同步測量多波長干涉信號的小數(shù)相位信息，然后根據(jù)小數(shù)重合算法計算得到單 波長整數(shù)相位，從而最終得到絕對距離值。
[0028] 基于上述原理，如圖1所示，本發(fā)明的基于飛秒光梳同步鎖頻的多波長干涉實時絕 對測距裝置，包括：
[0029] 飛秒光梳穩(wěn)頻的多波長發(fā)生器，用來出射多個高頻率穩(wěn)定度的目