一种双飞秒激光频率梳测距系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102998676A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102998676A(43)申请公布日2013.03.27(21)申请号201210487549.9(22)申请日2012.11.26(71)申请人清华大学地址100084北京市海淀区100084信箱82分箱清华大学专利办公室(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.G01S17/08(2006.01)权利要求书权利要求书2页2页说明书说明书66页页附图附图22页(54)发明名称一种双飞秒激光频率梳测距系统(57)摘要本发明涉及一种双飞秒激光频率梳测距系统，其特征在于：第一飞秒激光频率发送光脉冲到第一倍频晶体，第一倍频晶体进行倍频，并将两种光脉冲发送到第一分光镜，经第一分光镜反射的光脉冲经第一角反射镜和第一分光镜透射到分光镜；经第一分光镜透射的光脉冲发射到第二角反射镜和第一分光镜反射到分光镜；第二飞秒激光频率梳发送光脉冲到第二倍频晶体，第二倍频晶体进行倍频，将两种光脉冲同时发送到分光镜；经分光镜透射的光脉冲与经迈克尔逊干涉系统出射的光脉冲进行混合，混合光脉冲经分色镜将基频光脉冲透射到第一光电探测器，倍频光脉冲反射到第二光电探测器，第一光电探测器和第二光电探测器通过A/D采集卡连接到中央处理单元，中央处理单元将信号进行处理得到测量距离值。本发明广泛应用于激光绝对距离测量中。CN1029867ACN102998676A权利要求书1/2页1.一种双飞秒激光频率梳测距系统，其特征在于：它包括第一飞秒激光频率梳、第二飞秒激光频率梳、第一倍频晶体、第二倍频晶体、迈克尔逊干涉系统、分光镜、分色镜、第一光电探测器、第二光电探测器、A/D采集卡和中央处理单元，所述迈克尔逊干涉系统包括第一分光镜、第一角反射镜和第二角反射镜；所述第一飞秒激光频率梳作为测量信号源，发送中心频率为ν的光脉冲到所述第一倍频晶体，经所述第一倍频晶体倍频后产生的倍频光脉冲和基频光脉冲同时发送到所述第一分光镜，经所述第一分光镜反射的光脉冲发射到所述第一角反射镜，所述第一角反射镜将反射的光脉冲再次反射到所述第一分光镜，经所述第一分光镜透射到所述分光镜；经所述第一分光镜透射的光脉冲发射到所述第二角反射镜，经所述第二角反射镜反射的光脉冲经所述第一分光镜反射到所述分光镜；所述第二飞秒激光频率梳作为本机震荡信号源，同时发送中心频率为ν的光脉冲到所述第二倍频晶体，经所述第二倍频晶体倍频后产生的倍频光脉冲和基频光脉冲同时发送到所述分光镜；经所述分光镜透射的光脉冲与经所述迈克尔逊干涉系统出射的光脉冲进行混合，混合光脉冲经所述分色镜将中心频率为ν的基频光脉冲透射到所述第一光电探测器探测接收，将中心频率为2ν的倍频光脉冲反射到所述第二光电探测器探测接收，所述第一光电探测器和第二光电探测器的输出端分别连接所述A/D采集卡的输入端，所述A/D采集卡的输出端通过相应数据接口连接到所述中央处理单元，所述中央处理单元将接收的光脉冲信号进行处理得到所需的测量距离值L。2.如权利要求1所述的一种双飞秒激光频率梳测距系统，其特征在于：当测量距离L小于所述第一飞秒激光频率梳的脉冲空间间隔一半RA1时，L=L1-A(L2-L1)，式中，L1为基频光脉冲传播被测量距离所对应的光程，L2为倍频光脉冲传播被测量距离所对应的光程，A为两个不同波长光脉冲对应的折射率关系；当测量距离L大于第一飞秒激光频率梳的脉冲空间间隔一半RA1时，L=mRA1+D1＝mR2+D2，式中，m为参考臂脉冲和测量臂脉冲之间的错位周期数，RA2为第二飞秒激光频率梳的脉冲空间间隔一半，根据实际测量所得的D1和D2即可求出m，并进而得到实际的测量距离值L。3.如权利要求2所述的一种双飞秒激光频率梳测距系统，其特征在于：两个不同波长光脉冲对应的折射率的关系A：A=(n2-1)/(n2-n1)式中，n1为基频光脉冲对应的折射率，n2为倍频光脉冲对应的折射率。4.如权利要求1或2或3所述的一种双飞秒激光频率梳测距系统，其特征在于：所述第一倍频晶体FDC1和第二倍频晶体FDC2均采用周期性极化铌酸锂晶体。5.如权利要求1或2或3所述的一种双飞秒激光频率梳测距系统，其特征在于：所述分色镜DM采用二向色镜。6.如权利要求4所述的一种双飞秒激光频率梳测距系统，其特征在于：所述分色镜DM采用二向色镜。7.如权利要求1或2或3或6所述的一种双飞秒激光频率梳测距系统，其特征在于：所述两个飞秒激光频率梳具有微小重频差，它们在时域上的重复周期分别为Tr1和Tr2，重复周期差为ΔTr，两个飞秒激光频率梳的ΔTr小于两飞秒激光频率脉冲时域宽度。8.如权利要求4所述的一种双飞秒激光频率梳测距系统，其特征在于