[发明专利]基于单飞秒光频梳平衡互相关的任意绝对距离测量装置

说明书

本发明公开了一种基于单飞秒光频梳平衡互相关的任意绝对距离测量装置，包括飞秒激光器、第一光纤分束器、频率计、第二光纤分束器、长光纤、第二光纤准直器、第二偏振分束棱镜、第一光纤准直器、第一1/2波片、迈克尔逊测量系统、第二1/2波片、第二偏振分束棱镜、光学平衡互相关系统、负反馈控制器。本发明基于在光学互相关法绝对距离测量中，通过引入长光纤来实现单飞秒光频梳光学平衡互相关法的无盲区任意绝对距离测量，克服了传统基于光学互相关法的单飞秒光频梳测量中受激光器重复频率调节范围限制，存在中短距离测量盲区的不足。

技术领域

本发明涉及光学精密测量领域，尤其涉及一种基于单飞秒光频梳平衡互相关的任意绝对距离测量装置。

背景技术

绝对距离测量是近年来备受关注的一种测距模式。随着现代制造业的发展，大型装备制造和超精加工领域对大尺寸高精度长度测量需求更加迫切。传统的长度测量仪器已难以满足高精度测量需求。飞秒光频梳的出现，为激光测距技术提供了新的技术手段，通过在传统激光脉冲测距中引入光学相干技术，将激光干涉测量技术和传统非相干测量完美地融合在一起，革命性地解决了大量程和高精度的突出矛盾。2010年，S.W.Kim等人创新地提出了基于参考和测量脉冲之间的光学互相关飞行时间法。但是由于该方法使用单飞秒光频梳作为光源，飞秒激光器的重复频率在中心起始频率为起点开始调节时，脉冲间隔距离会发生变化，此时目标脉冲光和参考脉冲光之间空间间隔发生变化，当两种脉冲在空间再次重合时即可使用。但是受限调节范围，当两者之间绝对距离较短时，无法通过扫描重复频率覆盖全区域，只能实现较长长度绝对距离测量，存在中短距离测量盲区，不能实现任意绝对距离测量。而I.Coddington和N.R.Newbury等使用双光频梳光学异步采样的方法来实现绝对距离测量，但是其单次测量受限模糊距离，且双光梳的使用造成成本显著增加、系统更加复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于单飞秒光频梳平衡互相关的任意绝对距离测量装置。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于单飞秒光频梳平衡互相关的任意绝对距离测量装置，包括飞秒激光器，飞秒激光器的输出端连接第一光纤分束器的输入端，第一光纤分束器的一路输出端连接频率计，另一路输出端连接第二光纤分束器的输入端，第二光纤分束器的一路输出端连接长光纤一端，长光纤末端连接第二光纤准直器的输入端，第二光纤准直器的输出端连接第二偏振分束棱镜的一路输入端，第二光纤分束器的另一路输出端连接第一光纤准直器的输入端，第一光纤准直器的输出端连接第一1/2波片的输入端，第一1/2波片的输出端连接迈克尔逊测量系统的输入端，迈克尔逊测量系统的输出端连接第二1/2波片的输入端，第二1/2波片的输出端连接第二偏振分束棱镜的另一路输入端，第二偏振分束棱镜的输出端连接光学平衡互相关系统的输入端，光学平衡互相关系统的输出端连接负反馈控制器的输入端，负反馈控制器的输出端连接飞秒激光器的输入端；

飞秒激光器输出飞秒光频梳，飞秒光频梳经第一光纤分束器分束后，一路输出至频率计得到飞秒激光器的脉冲重复频率，另一路输出至第二光纤分束器，又经第二光纤分束器分束后，一路经长光纤、第二光纤准直器输出本振光，另一路经第一光纤准直器、第一1/2波片进入迈克尔逊测量系统，迈克尔逊测量系统输出参考光和目标光，并通过控制第二1/2波片，将参考光或目标光输出至第二偏振分束棱镜，参考光或目标光与本振光经第二偏振分束棱镜合束后进入光学平衡互相关系统，光学平衡互相关系统输出互相关电信号，互相关电信号经负反馈控制器转换为误差电信号后输出至飞秒激光器的重复频率控制模块，锁定飞秒激光器的脉冲重复频率。

进一步的，所述迈克尔逊测量系统包括第一偏振分束棱镜、第一1/4波片、参考镜、第二1/4波片和目标角锥；

第一偏振分束棱镜的输入端与所述第一1/2波片的输出端连接，第一偏振分束棱镜的一路输出端连接第一1/4波片的输入端，第一1/4波片的输出端连接参考镜，第一偏振分束棱镜的另一路输出端连接第二1/4波片的输入端，第二1/4波片的输出端连接目标角锥；