一种飞秒激光频率梳合成波干涉测距方法及测距系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利(10)授权公告号(10)授权公告号CNCN103197322103197322B(45)授权公告日2015.02.18(21)申请号201310122682.9large-scaleabsolutedistancemeasurementwithapairoffemtosecondfrequencycomb(22)申请日2013.04.10lasers.《OpticalMetrologyandinspection(73)专利权人清华大学forindustrialApplicationsII》.2012,第地址100084北京市海淀区100084信箱828563卷分箱清华大学专利办公室审查员张洁(72)发明人吴冠豪(74)专利代理机构北京纪凯知识产权代理有限公司11245代理人徐宁关畅(51)Int.Cl.G01S17/32(2006.01)(56)对比文件CN102944218A,2013.02.27,全文.LiYangetal..Simulationofreal-time权权利要求书3页利要求书3页说明书7页说明书7页附图2页附图2页(54)发明名称一种飞秒激光频率梳合成波干涉测距方法及测距系统(57)摘要本发明涉及一种飞秒激光频率梳合成波干涉测距方法及测距系统，它包括飞秒激光频率梳和迈克尔逊干涉系统等，飞秒激光频率梳发出的光入射到第一分光镜，经第一分光镜透射光发射到第一反射镜，经第一反射镜反射光返回到第一分光镜；经第一分光镜反射光发射到第二分光镜，经第二分光镜反射光经第一单波长产生及移频光路发射到第二反射镜，经第二反射镜反射光又经第一单波长产生及移频光路返回到第二分光镜；经第二分光镜透射光经第二单波长产生及移频光路发射到第三反射镜，经第三反射镜反射光又经第二单波长产生及移频光路返回到第二分光镜；经第二反射镜反射光和经第三反射镜反射光在第二分光镜处合光，并与测量臂光脉冲合光，两个波长的干涉信号由衍射光栅分开后分别由两光电探测器探测接收，完成距离测量。CN103197322BCN103972BCN103197322B权利要求书1/3页1.一种飞秒激光频率梳合成波干涉测距方法，其包括以下步骤：1)设置一包括有飞秒激光频率梳和迈克尔逊干涉系统的飞秒激光频率梳合成波干涉测距系统，所述迈克尔逊干涉系统包括第一分光镜、第一反射镜、第二分光镜、第一单波长产生及移频光路、第二单波长产生及移频光路、第二反射镜和第三反射镜，经所述第一反射镜反射回到所述第一分光镜的脉冲为测量臂脉冲，经所述第二分光镜和第三反射镜反射并经所述第二分光镜合成的光脉冲为参考臂脉冲；2)将所述第一反射镜放置在基线位置处，并微调所述第一反射镜的位置，使得参考臂脉冲和测量臂光脉冲外差干涉信号的强度达到最大，假设此时参考臂脉冲的第i个脉冲和测量臂脉冲的第j个脉冲发生叠加，二者尖峰之间的位移偏差为δI，此时状态标记为状态I，参考臂脉冲和测量臂脉冲所对应的外差干涉信号的相位分别记为：和重频记为相邻脉冲光程间隔为其中c为真空中光速；基线是指测量臂长度与参考臂等长时测量镜所在的位置；3)将所述第一反射镜放置在待测位置处，将该位置和基线之间的距离记为待测距离L，采用“找极值法”进行粗调，即：改变所述飞秒激光频率梳的重频，使得参考臂脉冲和测量臂脉冲外差干涉信号的强度达到最大，假设参考臂脉冲的第i个脉冲和测量臂脉冲的第j+kr个脉冲发生叠加，二者尖峰之间的位移偏差为δII，将此时状态标记为状态II，参考臂脉冲和测量臂脉冲对应的外差干涉信号的相位分别记为：和重频记为相邻脉冲光程间隔为其中c为真空中光速；4)计算待测距离L：kr为待定整数；当此时kr＝0，待测距离L等于示数距离D，即从状态I变到状态II时，都是参考臂脉冲的第i个脉冲和测量臂脉冲的第j个脉冲发生叠加，两脉冲的相对位移量为δII-δI：其中：2CN103197322B权利要求书2/3页式中，λc1和λc2为外差干涉信号的中心波长，k1和k2为待定整数；ks为待定的整数，ks＝k2-k1；np1和np2为λc1和λc2对应的空气中的相折射率，ng为脉冲序列在空气中的群折射率，示数距离D的求解过程为：①通过合成波方法对δII-δI进行计算，将公式(2)和公式(3)进行整理得到如下公式：式中，Δφs＝Δφ2-Δφ1为合成波的相位，λs＝λair1λair2/(λair1-λair2)为合成波的波长，其中λair1＝λc1/np1，λair2＝λc2/np2，ks为0；②将所述步骤①计算得出的δII-δI代入公式(2)或公式(3)计算k1或k2，并对k1或k2进行四舍五入取整；③将取整后的k1或k2代入公式(2)或公式(3)，根据Δφ1或Δφ2计算示数距离D；当时，此时kr为正整数，通过脉