一种基于克尔光频梳的混沌激光测距装置及测距方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115902918A(43)申请公布日2023.04.04(21)申请号202211588668.3(22)申请日2022.12.07(71)申请人西南大学地址400715重庆市北碚区天生路2号(72)发明人吴加贵胡煜棋杨俊波吴钇麓王志成张煜青(74)专利代理机构北京风雅颂专利代理有限公司11403专利代理师曾志鹏(51)Int.Cl.G01S17/08(2006.01)G01S7/48(2006.01)G01S7/4914(2020.01)权利要求书3页说明书13页附图7页(54)发明名称一种基于克尔光频梳的混沌激光测距装置及测距方法(57)摘要本发明公开了一种基于克尔光频梳的混沌激光测距装置及测距方法，包括：克尔光频梳产生模块将泵浦光发送到非线性微环谐振腔，产生混沌克尔光频梳；克尔光频梳收发模块通过分束器将混沌克尔光频梳分为功率不同的两路光频梳信号，通过发射模块将功率高的一路光频梳信号进行放大后，通过信号发射单元发射到目标物体的水平方向上，通过回波信号接收端接收经目标物体反射后的回波光信号，经光电转换得到回波电信号，同时通过参考信号接收端对另一路光频梳信号进行衰减后，经光电转换得到参考电信号；上位机通过循环卷积互相关算法对回波电信号和参考电信号进行互相关处理，得到目标物体的距离信息。本发明的装置结构简单，且能够实现超高速测距。CN115902918ACN115902918A权利要求书1/3页1.一种基于克尔光频梳的混沌激光测距装置，其特征在于，包括：克尔光频梳产生模块，用于将泵浦光发送到非线性微环谐振腔，产生混沌克尔光频梳；克尔光频梳收发模块，包含分束器、发射模块和接收模块；其中，所述分束器用于将所述混沌克尔光频梳分为功率不同的两路光频梳信号；所述发射模块用于将功率高的一路光频梳信号进行功率放大后，通过信号发射单元发射到目标物体的水平方向上；所述接收模块由回波信号接收端和参考信号接收端组成，所述回波信号接收端用于接收经所述目标物体反射后的回波光信号，并经光电转换处理得到回波电信号；所述参考信号接收端用于对另一路光频梳信号进行功率衰减得到参考光信号，并经光电转换处理得到参考电信号；上位机，用于通过循环卷积互相关算法，对所述回波电信号和所述参考电信号进行互相关处理，得到所述目标物体的距离信息。2.根据权利要求1所述的基于克尔光频梳的混沌激光测距装置，其特征在于，所述上位机包含序列抽取单元、互相关计算单元和距离计算单元；所述序列抽取单元，用于将所述参考电信号和所述回波电信号的时间序列进行抽样提取，得到所述参考电信号和所述回波电信号的离散序列；所述互相关计算单元，用于获取循环卷积互相关算法，并将所述参考电信号和所述回波电信号的离散序列输入所述循环卷积互相关算法，得到互相关系数序列；所述循环卷积互相关算法，具体为：其中，xcor为所述参考电信号与所述回波电信号的互相关系数序列；Sr为所述参考电信号的离散序列，其长度为N+n；S为所述回波电信号的离散序列，其长度为N；ES为均值中心处理后的所述回波电信号的离散序列；one为长度为N的单位序列；为长度为n的循环卷积运算；均值中心处理后的所述回波电信号的离散序列ES表示为：所述循环卷积运算表示为：所述距离计算单元，用于基于所述互相关系数序列，通过峰值延时得到混沌克尔光频梳从发射到被接收的飞行时间，并根据所述飞行时间计算所述目标物体的距离。3.根据权利要求1所述的基于克尔光频梳的混沌激光测距装置，其特征在于，所述克尔光频梳产生模块包括：半导体激光器，用于产生泵浦光；光功率放大器，用于对所述泵浦光进行功率放大；2CN115902918A权利要求书2/3页滤波器，对功率放大后的泵浦光进行滤波；偏振控制器，用于对滤波后的泵浦光进行偏振调节；第一准直镜，用于将偏振调节后的泵浦光水平射入非线性微环谐振腔；所述非线性微环谐振腔，用于在泵浦光下发生非线性效应，产生高宽带的混沌克尔光频梳；第二准直镜，用于获取所述非线性微环谐振腔产生的混沌克尔光频梳；隔离器，用于对所述混沌克尔光频梳中的光学干扰信号进行隔离。4.根据权利要求3所述的基于克尔光频梳的混沌激光测距装置，其特征在于，所述非线性微环谐振腔为近零色散的氮化硅微环谐振腔。5.根据权利要求3所述的基于克尔光频梳的混沌激光测距装置，其特征在于，所述发射模块包括依次连接的掺饵光纤功率放大器、第三准直镜和信号发射单元；所述掺饵光纤功率放大器，用于对功率高的一路光频梳信号进行功率放大；所述第三准直镜，用于将功率放大后的光频梳信号发射到所述信号发射单元；所述信号发射单元包含光栅和位于所述光栅一级衍射方向上的红外反射镜；所述光栅用于对所述光频梳信号进行衍射；所述红外反射镜用于将发生衍射后的光频梳信号射向目