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相位式半导体激光测距关键技术的研究的中期报告
摘要
相位式半导体激光测距技术是一种高精度、高稳定性的测距方法，被广泛应用于工业制造、自动驾驶、智能家居等领域。本文针对相位式半导体激光测距技术的关键技术进行研究，分析了其测距原理和主要技术问题，设计了一种基于二次谐波相位测量的测距系统，并进行了实验验证。
本文首先介绍了相位式半导体激光测距的基本原理，包括反射型和时差型两种测距方式。然后分析了相位测量的原理和技术难点，包括相位噪声、非线性失真、余弦效应等问题。为了克服这些问题，本文提出了基于二次谐波相位测量的方法，该方法可以通过非线性光学效应实现高精度、高分辨率的相位测量。接着，本文设计了一种基于二次谐波相位测量的相位式半导体激光测距系统，该系统采用了高功率激光器和高精度的位移平台，以及特制的半波片和偏振镜实现了二次谐波相位测量。
最后，本文进行了实验验证，结果表明该系统具有高精度、高稳定性、高可靠性的特点，可以实现亚毫米级的测距精度。
关键词：相位式半导体激光测距；相位测量；二次谐波；非线性光学效应；测距系统
Abstract
Phase-basedsemiconductorlaserrangingtechnologyisahigh-precisionandhigh-stabilityrangingmethodthatiswidelyusedinindustrialmanufacturing,autonomousdriving,andsmarthomes.Inthispaper,thekeytechnologiesofphase-basedsemiconductorlaserrangingtechnologyarestudied,andtherangingprincipleandmaintechnicalproblemsareanalyzed.Arangingsystembasedonsecondharmonicphasemeasurementisdesignedandexperimentallyverified.
Thispaperfirstintroducesthebasicprincipleofphase-basedsemiconductorlaserranging,includingreflection-typeandtime-difference-typerangingmethods.Then,theprincipleandtechnicaldifficultiesofphasemeasurementareanalyzed,includingphasenoise,nonlineardistortion,cosineeffect,etc.Toovercometheseproblems,thispaperproposesamethodbasedonsecondharmonicphasemeasurement,whichcanachievehigh-precisionandhigh-resolutionphasemeasurementthroughnonlinearopticaleffects.Next,thispaperdesignsaphase-basedsemiconductorlaserrangingsystembasedonsecondharmonicphasemeasurement.Thesystemusesahigh-powerlaserandahigh-precisiondisplacementplatform,andaspeciallydesignedhalf-waveplateandpolarizingmirrortoachievesecondharmonicphasemeasurement.
Finally,thesystemisexperimentallyverified,andtheresultsshowthatthesystemhasthecharacteristicsofhighprecision,highstability,andhighreliability,andcanachievesub-millimeterrangingaccuracy.
Keywords:phase-basedsemiconductorlaserranging;phasemeasurement;secondharmonic;nonlinearopticaleffect;rangingsystem.