[发明专利]克尔光梳校正调频连续波非线性的三维坐标测量装置

说明书

本发明公开了一种克尔光梳校正调频连续波非线性的三维坐标测量装置，包括外腔式可调谐激光器和微谐振腔克尔光梳；外腔式可调谐激光器经第一耦合器分为两束，其中一束再经第三耦合器被分为两束分别作为本地参考路和测量路，测量路激光经准直镜和二维扫描振镜打到待测物体，回光经环形器与本地参考路干涉得到测量路信号，传入第一光电探测器；另一束接入正交调制器；微谐振腔克尔光梳经第二耦合器分为两束，其中一束接入正交调制器，另一束接入第二光电探测器；正交调制器接到第一和第二平衡探测器上。本发明利用高频信号，实现调频连续波频率的精密标定，提高了调频连续波测距的精度，实现了高精度坐标测量，操作简单、调节方便、易于系统集成。

技术领域

本发明涉及几何量测量技术，特别涉及一种基于微谐振腔克尔光梳校正调频连续波非线性的三维坐标测量装置。

背景技术

大空间坐标测量在航空航天、国防工业、能源行业等许多方面都发挥着重要作用，发展大空间无合作精密坐标测量技术是激光测量的一个重要发展方向。长度测量是几何量测量的核心与基础，调频连续波激光测距法具有量程大、分辨率高、可实现无合作目标测距等优点，是近年来绝对测距研究领域的热点。调频连续波激光测距的误差源主要为可调谐激光器频率调制线性度误差。其波长的电流调谐关系为非线性，且注入电流会影响增益介质温度，导致波长发生变化。因此提出利用微谐振腔克尔光梳对激光频率进行校准，对被测拍频信号进行重采样调整，可消除激光器非线性影响从而提高测频分辨力。

微腔克尔光梳基于高品质因子光学微腔中的四波混频效应而产生，与普通谐振腔相比，光学微腔具有良好的选频特性和储能，是一种新型的光频梳，重复频率可以达到GHz到THz量级，从而实现对待测频率的准确标定与测距信号频率分辨力的提高；操作简单，调节方便，同时体积相对较小方便系统集成。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种基于微谐振腔克尔光梳校正调频连续波非线性的三维坐标测量装置，利用二维扫描振镜结合调频波激光测距系统进行坐标测量，利用微腔光梳校准激光波长克服了现有FMCW测距方法调频波频率变化非线性的缺点，实现了坐标测量系统测量精度的提高。

本发明所采用的技术方案是：一种克尔光梳校正调频连续波非线性的三维坐标测量装置，包括外腔式可调谐激光器和微谐振腔克尔光梳；

所述外腔式可调谐激光器所发射的三角调频波经第一耦合器分为A路光束和B路光束；

其中，所述A路光束进入测量模块，并经第三耦合器分为本地参考路激光和测量路激光，所述测量路激光经环形器、准直镜和二维扫描振镜打到待测物体得到回光，同时，通过所述二维扫描振镜得到所述测量路激光的角度信息；所述回光经所述环形器后与所述本地参考路激光在第四耦合器内进行干涉得到测量路信号，所述测量路信号传入第一光电探测器，通过所述第一光电探测器记录所述测量路信号的距离信息；

其中，所述B路光束进入频率校正模块接入正交混频器的信号路；

所述微谐振腔克尔光梳所发射的飞秒激光经第二耦合器分为C路光束和D路光束；

其中，所述C路光束进入频率校正模块接入所述正交混频器的本振路，所述正交混频器的信号路和本振路接至第一平衡探测器，同时，所述正交混频器的信号路和本振路接至第二平衡探测器，通过所述第一平衡探测器探测所述外腔式可调谐激光器和所述微谐振腔克尔光梳相互干涉得到的第一拍频信号，通过所述第二平衡探测器探测所述外腔式可调谐激光器和所述微谐振腔克尔光梳相互干涉得到的第二拍频信号；

其中，所述D路光束进入时钟模块接入第二光电探测器，通过所述第二光电探测器探测所述微谐振腔克尔光梳的自拍频信号，作为时钟信号；

所述测量模块得到的角度信息和距离信息、所述频率校正模块得到的第一拍频信号和第二拍频信号，以及所述时钟模块得到的时钟信号通过数据采集系统传入计算机。

进一步地，所述测量模块得到的测量路信号为：