CN109341842A - 利用双微腔飞秒光学频率梳的远程宽频带测振系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的利用双微腔飞秒光学频率梳的远程宽频带测振系统及方法，属于光电精密测量领域。本发明的系统包括飞秒光源系统、光学测量系统及信号采集及处理系统；飞秒光源系统包括双路飞秒微腔光梳光源；光学测量系统包括脉冲分光单元和脉冲扫描单元；信号采集及处理系统包括重频信号计数装置、高速数据采集装置及上位机。本发明还公开基于所述系统实现的双微腔飞秒光学频率梳的远程宽频带测振方法，利用双微腔飞秒光学频率梳实现远程宽频带测振，具有信号解调算法简单、测量速度快、振动频率范围宽及可实现远距离实时测振及数据传输等优点，有利于远距离宽频带振动目标的实际工程测量。所述实际工程领域包括火箭、弹道发射等领域的振动测量。

Description

利用双微腔飞秒光学频率梳的远程宽频带测振系统及方法

技术领域

本发明涉及一种利用双微腔飞秒光学频率梳的远程宽频带测振系统及方法，属于光电精密测量领域。

背景技术

振动是存在于日常生活和工业生产的一种动态物理现象。在航空航天、国防工业及海洋工程等领域，物体振动特性的检测和分析是保障重大设备安全运行、科研实验顺利完成以及国防水平及军工力量进一步提升的重要因素。

近年来，随着航空航天、生物医疗、精密加工及微机械微电子等技术的飞速发展，振动测量对宽频带振动频率及远距离测量传输提出了更高的适应性要求。一方面，被测振动目标的多样性使得振动频率包含了低频到高频的所有频段。其中，振动高频段(>2kHz)主要应用于尖端科学研究领域，据统计航空航天领域内振动频率覆盖了0～10kHz的所有频段，其性能直接关系到导弹射程、空间飞行器的姿态调整。振动中频段(100Hz～2kHz)主要应用于微机电系统及机床主轴等领域。振动低频段(0.1Hz～100Hz)主要应用于地震监测预警及材料无损检测等领域。由此可见，被测振动目标范围广泛，结构多样，其振动测量向着更宽频带方向发展。另一方面，被测目标环境的复杂性对远程测振及数据传输提出迫切需求。实际工程应用中，极端环境下难以在理想距离处开展被测物体的振动测量，例如高温环境下的机械振动、大尺寸设备振动检测，因此覆盖不同距离处的远距离振动目标的测量和传输是实际工程测量重要发展方向之一。

目前，测振方法主要包括机械式、电气式及光学式。相对于传统接触式机械和电气测量方法而言，激光测振法具有非接触、可溯源、动态测量、高精度、高空间分辨率及高速度分辨率等特点，已成为振动测量领域中最具发展潜力和应用前景的技术，在航空航天、建筑交通、农业医疗和机械制造等众多领域广受青睐。激光测振法主要包括三角法、散斑干涉法、全息干涉法、多普勒效应法及分布光纤测振法等。其中，三角法为最早应用于激光测振技术的方法，受限于发射透镜焦距的影响，导致工作距离较短，不适于远距离的高频高速振动测量。散斑干涉法只能测量简谐振动和冲击，存在难以小型化、抗干扰能力差等缺点，无法适用于复杂的工作环境。全息干涉法操作复杂，处理费时，无法实现振动实时测量。多普勒效应测振法凭借其优异的测量准确度和分辨力具有广泛的应用，但仍存在信号解调困难、测量距离短等问题。基于分布式光纤传感技术的测振法可实现远距离测量，但其线性范围窄，测量分辨力低，难以实现振动目标的动态测量。综上所述，在满足测量精度及分辨力的前提下，现有激光测振技术难以同时满足高频带范围及远距离振动测量的高适应性需求。

发明内容

为克服现有测振技术中难以满足宽频带范围及远距离振动测量的缺点，本发明公开的利用双微腔飞秒光学频率梳的远程宽频带测振系统及方法要解决的技术问题是：利用双微腔飞秒光学频率梳实现远程宽频带测振，具有信号解调算法简单、测量速度快、振动频率范围宽及可实现远距离实时测振及数据传输等优点，有利于远距离宽频带振动目标的实际工程测量。

所述远距离指在km量级。

所述实际工程领域包括火箭、弹道发射等领域的振动测量。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是。

针对现有技术在测振频带范围及距离方面的短板，本发明公开的利用双微腔飞秒光学频率梳的远程宽频带测振系统及方法，基于非线性异步光学采样原理，利用双微腔飞秒光学频率梳，凭借微谐振腔Kerr光频梳稳定超高重复频率的优异特性及异步光学采样技术远距离测量优势，实现远程宽频带测振，具有信号解调算法简单、测量速度快、振动频率范围宽及可实现远距离实时测振及数据传输等优点，有利于远距离宽频带振动目标的实际工程测量。

本发明公开的利用双微腔飞秒光学频率梳的远程宽频带测振系统，包括飞秒光源系统、光学测量系统及信号采集及处理系统。

所述飞秒光源系统包括双路飞秒微腔光梳光源，分别产生测振所需信号光和扫描光。双路飞秒微腔光梳光源分别采用基于微谐振腔的Kerr光频梳，通过泵浦自锁定技术实现宽带集成光学频率梳，并利用微腔非线性效应与选模机制，获得稳定的超高重复频率的激光脉冲输出，所述超高重复频率范围为GHz～THz。双路飞秒微腔光梳光源作为测振光源，具有小型化、高度集成化及超高重复频率的特点，满足宽频带振动频率的测量需求。双路飞秒微腔光梳光源的单个微腔光梳主要由连续光泵浦源、掺铒光纤放大器及片上微腔组成。连续光泵浦源经掺铒光纤放大器放大至mW量级，为片上微腔提供泵浦激励光源，片上微腔经激励后输出飞秒光梳光源，飞秒光梳光源种子光再次经掺铒光纤放大器由mW量级放大至百mW量级，即生成稳定的高重复频率的飞秒光学频率梳。双路飞秒微腔光梳光源具有MHz量级的重频差，能够提供超宽的振动频率测量带宽。双路飞秒微腔光梳光源包括第一微腔光梳和第二微腔光梳，第一微腔光梳和第二微腔光梳统称双光梳。

所述光学测量系统包括脉冲分光单元和脉冲扫描单元，基于双光梳非线性异步采样技术，使用重复频率有差值的光学频率梳实现脉冲的时域重合，从而实现任意距离处振动目标的测量，受限于测振光源功率，目前能够实现km量级的远程测振。其中，所述脉冲分光单元主要将第一微腔光梳生成的信号光脉冲分为一束参考光脉冲和一束测量光脉冲，实现被测振动目标的光路信息提取。脉冲扫描单元主要利用第二微腔光梳生成的扫描光对脉冲单元输出的参考光脉冲和测量光脉冲进行时域光学扫描，由于第一微腔光梳与第二微腔光梳存在重频差，相对于GHz量级超高重复频率而言，第一微腔光梳与第二微腔光梳存在的MHz量级重频差较小，使得扫描光脉冲与参考光脉冲、测量光脉冲在时域上存在微小时间差，因此，参考光脉冲、测量光脉冲相当于被扫描光脉冲扫描，此时产生的双脉冲信号中包含相邻脉冲时间间隔信息，通过解调算法即能够获得待测振动目标的振动参数。

所述光学测量系统中脉冲单元包括第一二分之一波片、第一四分之一波片、反射镜、第一偏振分光棱镜、第二四分之一波片、扩束镜及角锥反射镜。第一微腔光梳发出的信号光脉冲经过第一二分之一波片后，在第一偏振分光棱镜处分为两束偏振互相垂直的脉冲光，所述第一二分之一波片用于调节信号光脉冲的偏振态，以改变第一偏振分光棱镜输出两束偏振垂直光的强度比例。一束脉冲光经第一四分之一波片入射至反射镜，被称为参考光脉冲；另一束经第二四分之一波片和扩束镜，入射至角锥反射镜，称为测量光脉冲。第一四分之一波片及第二四分之一波片作用是使返回的参考光脉冲和测量光脉冲的偏振态旋转90°，从而使两束反射回光在第一偏振分光棱镜处汇合。

所述光学测量系统中脉冲扫描单元包括第二二分之一波片、第三二分之一波片、第二偏振分光棱镜、第一凸透镜、二类匹配倍频晶体、第二凸透镜及分色镜。第二二分之一波片及第三二分之一波片的作用是调整线偏振光的偏振角度。参考光脉冲和测量光脉冲的合束光经第三二分之一波片入射至第二偏振分光棱镜，与第二微腔光梳发出的扫描光脉冲汇合。经过第一凸透镜汇聚后汇合后的扫描光脉冲、参考光脉冲及目标光脉冲入射至二类匹配倍频晶体，当两束偏振互相垂直且在时域重合的脉冲光入射至晶体时，产生倍频光。因此，经过所述二类匹配倍频晶体后，参考光脉冲与扫描光脉冲产生一束倍频光，测量光脉冲与扫描光产生另一束倍频光。两束倍频光被分色镜滤波后，被第一光电探测器探测后，输出包含参考信号和测量信号的振动信号，通过参考信号和测量信号之间相邻脉冲时间间隔的解调，即获得待测振动目标的参数信息。相对于无倍频晶体系统而言，二类匹配倍频晶体在脉冲扫描的同时，输出信噪比较高，质量较好的类高斯形状脉冲对，有利于时域测振信号的快速解调。

所述信号采集及处理系统包括重频信号计数装置、高速数据采集装置及上位机。其中，重频信号计数装置主要分别对第二光电探测器及第三光电探测器输出的脉冲信号进行计数，从而获得第一微腔光梳与第二微腔光梳之间的重复频率差值，即为测振系统的测量速率，覆盖带测目标较宽的振动频率。高速数据采集装置主要利用高速数据采集卡，将测振信号变为数字信号，实时采集测振信号，传输至上位机。上位机主要功能通过信号处理软件依据重频值及重频差值等参数，采用包含滤波、峰值搜索及高斯拟合的时域自适应解调算法实现测振信号的处理，从而获得实时振动信号。

本发明还公开利用双微腔飞秒光学频率梳的远程宽频带测振方法，基于所述利用双微腔飞秒光学频率梳的远程宽频带测振系统实现。针对被测目标高振动频率及远距离测量的需求，采用双路稳定超高重复频率的微谐振腔Kerr光梳作为测振系统光源，所述双路稳定超高重复频率的微谐振腔Kerr光梳即为双路飞秒微腔光梳光源，利用微腔光梳高重复频率的特点提供宽频带的测量带宽；采用非线性异步光学采样原理，实现km量级远距离振动目标的振动测量，被测目标振动参数的更新速率由第一微腔光梳与第二微腔光梳重复频率差值决定；采用重频信号及测振信号实时高速采集方案及自适应性解调算法，实现测振信号的快速实时解调。

光学测量主要基于双光梳非线性异步采样技术，利用时间飞行原理实现远距离的待测振动目标位移测量，即利用光学频率梳的时域脉冲特性，通过时间飞行法可以得到待测目标的初值，同时，利用光学频率梳特性进一步提高测量精度，相对于受频率调节范围的单光梳而言，双光梳法使用两台重复频率有一定差值的光学频率梳实现脉冲的时域重合，因此理论上能够用来测量任意距离处的振动目标，受限于测振光源功率，目前能够实现km量级的远程测振。

光路传输方式为双路微腔光梳分别输出扫描光脉冲及信号光脉冲，一方面，第一微腔光梳产生的信号光脉冲经过偏振分光棱镜分为偏振态互相垂直的参考光脉冲及测量光脉冲，分别入射至反射镜及角锥反射镜，其中，采用二分之一波片调节参考光脉冲及测量光脉冲的强度比例。参考光路和测量光路分别采用一个四分之一波片使返回的参考光脉冲和测量光脉冲的偏振态旋转90°，满足偏振分光镜分光条件，使两束反射回光在偏振分光棱镜处汇合。测量光路中采用扩束镜实现光路直径及发散角的改变。另一方面，经二分之一波片调整偏振角度后，第二微腔光梳产生的扫描光脉冲与参考光脉冲、测量光脉冲在第二偏振棱镜处汇合，经透镜聚焦后入射至二类匹配倍频晶体产生倍频光。与参考光脉冲、测量光脉冲具有微小的重频差的扫描脉冲实现对参考光脉冲、测量光脉冲的扫描，即参考光脉冲与扫描光脉冲产生一束倍频光，测量光脉冲与扫描光产生另一束倍频光，经分色镜滤波后，输出包含有效振动信息的纯净倍频光。相对于无倍频晶体系统而言，二类匹配倍频晶体在脉冲扫描时，输出信噪比较高，质量较好的类高斯形状脉冲对，有利于时域测振信号的快速解调。

为从光信号中解算出被测振动目标的幅值信息，一方面，采用双路光电探测器分别将第一微腔光梳产生的信号光脉冲与第二微腔光梳产生的扫描光脉冲，转化为电学信号。经重频计数装置，分别实时记录双光梳的重复频率，并获得二者之间的重复频率差值。另一方面，采用光电探测器将倍频光信号转化为电学信号，利用高速数据采集装置将模拟电学信号转化为数字信号，实现测振信号的实时高速采集，并将重频值、重频差值和所述数字信号传输至上位机。上位机主要功能通过信号处理依据重频值及重频差值参数，采用自适应解调算法实现测振信号的处理，从而实时测量振动幅值。

所述自适应解调算法包含滤波、峰值搜索及高斯拟合的时域方法。

有益效果：

本发明公开的利用双微腔飞秒光学频率梳的远程宽频带测振系统及方法，利用微谐振腔Kerr光频梳稳定超高重复频率的优异特性及异步光学采样技术远距离测量优势，针对不同距离及不同振动频率的被测目标，实现宽频带、远距离(km量级)的实时振动测量，具有信号解调算法简单、测量速度快、适应性强等优点，有利于远距离宽频带振动目标的实际工程测量，如火箭、弹道发射等领域的振动测量。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并不构成对本发明的限制，在附图中：

图1为本发明中双微腔飞秒光学频率梳测振系统结构示意图；

图2为本发明中双微腔飞秒光学频率梳测振装置示意图

图3为本发明中双微腔飞秒光学频率梳测振信号示意图；

图4为本发明中双微腔飞秒光学频率梳测振信号解调流程图；

图5为本发明中双微腔飞秒光学频率梳测振中多普勒效应对重复频率影响示意图。

其中，1-第一连续光泵浦源；2-第一掺铒光纤放大器；3-第一片上微腔；4-第二掺铒光纤放大器；5-第二连续光泵浦源；6-第三掺铒光纤放大器；7-第二片上微腔；8-第四掺铒光纤放大器；9-第一二分之一波片；10-第二二分之一波片；11-反射镜；12-第一四分之一波片；13-第二四分之一波片；14-扩束镜；15-角锥反射镜；16-第一偏振分光棱镜；17-第三二分之一波片；18-第二偏振分光棱镜；19-第一凸透镜；20-二类匹配倍频晶体；21-第二凸透镜；22-分色镜；23-第一光电探测器；24-第二光电探测器；25-第三光电探测器；26-重频信号计数装置；27-高速数据采集装置；28-上位机。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，利用双微腔飞秒光学频率梳的远程宽频带测振系统，包括飞秒光源系统、光学测量系统以及信号采集及处理系统。所述飞秒光源系统提供测振系统所需高重复频率光源；光学测量系统基于异步光学采样技术将被测振动目标的幅值信息反映至倍频光信号；信号采集及处理系统实现测振信号的实时高速采集和解调，从而实时测量被测振动目标的幅值。

如图2所示，飞秒光源系统采用双路飞秒微腔光梳光源，分别产生测振所需具有微小重频差的信号光脉冲和扫描光脉冲。第一微腔光梳产生信号光脉冲，由第一连续光泵浦源1、第一掺铒光纤放大器2、第一片上微腔3及第二掺铒光纤放大器4组成。其中，第一连续光泵浦源1经第一掺铒光纤放大器2放大至mW量级，为第一片上微腔3提供泵浦激励光源，微腔经激励后输出飞秒光梳光源，该种子光再次经第二掺铒光纤放大器4由mW量级放大至百mW量级，即可生成稳定的高重复频率的飞秒光学频率梳。第二微腔光梳产生扫描光脉冲，由第二连续光泵浦源5、第三掺铒光纤放大器6、第二片上微腔7及第四掺铒光纤放大器8组成。第一微腔光梳产生的信号光脉冲重复频率为f_r+Δf，第二微腔光梳产生的扫描光脉冲重复频率为f_r，即双路微腔光梳的重复频率差值为Δf，该重频差决定了整体测振系统的测量速率，即振动测量的频率带宽。基于异步光学采样技术的光路传输途径为，由第一微腔光梳产生的信号光脉冲经过第一二分之一波片9后，在第一偏振分光棱镜处分为两束偏振态互相垂直的脉冲光。一束作为参考光脉冲，经第一四分之一波片12后入射至反射镜11；另一束作为测量光脉冲，经第二四分之一波片13和扩束镜14入射至角锥反射镜15。两束反射回光在第一偏振分光棱镜16处汇合，经第三二分之一波片17，入射至第二偏振分光棱镜18。由第二微腔光梳产生的扫描光脉冲，经过第二二分之一波片10后，与参考光脉冲和测量光脉冲在第二偏振分光棱镜18处汇合，经第一凸透镜19汇聚后，入射至二类匹配倍频晶体20，从而参考光脉冲与扫描光脉冲产生一束倍频光，测量光脉冲与扫描光产生另一束倍频光，经第二凸透镜21汇聚及分色镜22滤波后，输出包含有效振动信息的纯净倍频光。被第一光电探测器23探测后，即可输出包含参考信号和测量信号的振动信号。第二光电探测器24和第三光电探测器25分别将第二微腔光梳及第一微腔光梳光信号转为电信号，并由重频信号计数装置26获得双路飞秒微腔光梳的重复频率值。将振动信号和双路飞秒微腔光梳的重复频率值同时输入至高速数据采集装置28，实现振动信号的实时高速采集，并将重频值、重频差值和所述数字信号传输至上位机28。上位机主要功能通过信号处理依据重频值及重频差值参数，采用自适应解调算法实现测振信号的处理，从而实时测量振动幅值。

如图3所示，双微腔飞秒光学频率梳测振信号包含参考信号Ref及测量信号Tar脉冲对。时域上，第一微腔光梳产生的信号光脉冲的脉冲间隔为1/(f_r+Δf)，第二微腔光梳产生的扫描光脉冲间隔为1/f_r，由于微小重复频率差的存在，扫描光脉冲以时间间隔ΔT为步长实现信号光脉冲，从而完成时域光学扫描，该时间间隔ΔT如公式1所示。振动测量信号包含参考光脉冲与扫描光脉冲产生的倍频光及测量光脉冲与扫描光产生的倍频光，当两基频光脉冲完全重合时倍频光信号最强，通过判断测振信号中参考信号Ref及测量信号Tar脉冲对的峰值位置，即可得到相邻脉冲的时间间隔，即单倍模糊距离内飞行时间τ，如公式2所示。总的有效脉冲飞行时间为τ_d，如公式3所示，则待测目标距离L如公式4所示。

ΔT＝1/f_r-1/(f_r+Δf)≈Δf_r/f_r ² (1)

τ＝(t_tar2-t_ref1)·f_r·ΔT (2)

τ_d＝[(t_tar2-t_ref1)/(1/f_r)+N]·(1/f_r) (3)

L＝(c/2n_g)·τ_d＝(c/2n_gf_r)·[(t_tar2-t_ref1)/(1/f_r)+N] (4)

式中，c为真空中的光速，n_g为空气折射率。整数倍N为正向脉冲间隔的整数倍。通过待测目标距离曲线的分析，即可获得振动目标的幅值信息。

如图4所示，双微腔飞秒光学频率梳测振信号解调流程核心环节为测振信号峰值搜索，从而获得相邻脉冲的时间间隔，从而解算出振动幅值信息，主要采用上位机信号处理软件实现解调算法的运行。该解调算法主要包含滤波、峰值搜索及高斯拟合，通过设置指针实时定量读取由高速数据采集装置获得的测振信号及重频值和重频差值，根据测振信号噪声特性，设置平滑滤波参数，从而去除高频噪声。通过设置寻峰灵敏度及寻峰范围，提高峰值搜索效率，从而初步搜索峰值位置，并存储有效峰值及其位置。为解决脉冲峰形不规则，提高峰值位置精度，在峰值点附近取多个点进行高斯拟合，取高斯曲线中心位置为最新峰值位置，并更新该位置。依据重频值及重频差值等参数，根据公式1～4，实现振动幅值的计算，并实时输出测量结果。

所述利用双微腔飞秒光学频率梳的远程宽频带测振系统及方法受多普勒效应影响，具体分析如下：

当光源与观测点发生相对运动时，观测点接受到的光波频率与光源频率并不相同，相向运动时，光波频率会变高；相背运动时，光波频率会变低，所述现象即为光的多普勒效应。由测振原理知，参考光和测量光脉冲时间间隔是决定测距结果的关键因素，因此主要分析多普勒效应对脉冲间隔的影响，从而分析多普勒效应对测振结果的影响。多普勒频移f_D受多种因素的影响，包括激光波长λ、物体运动速度V及入射光与被测振动物体速度方向夹角θ。其中多普勒频移f_D如公式5所示。

飞秒光源采用锁模技术将激光腔内大量的纵模锁定，最终输出时域上均匀分布的脉冲序列。相邻两个纵摸间隔即为重复频率f_r，腔内群速和相速色散不一致引起包络峰值和载波电场峰值的偏移，即为载波包络偏移频率f_ceo。根据傅里叶变换原理，飞秒脉冲在频域上的分立频率，即频率梳齿上第n根梳齿对应的频率表达式如公式6所示。

f＝nf_r+f_ceo (6)

对于第N个频率分量，其对应的频率及波长如公式7及公式8所示，式中c为光速。

f_N＝Nf_r+f_ceo (7)

所述频率分量相应的多普勒频移分量如公式9所示。

频移后该频率分量如公式10所示。

同理，其相邻频率分量，及其对应的波长如公式11及公式12所示。

f_N+1＝(N+1)f_r+f_ceo (11)

所述相应的多普勒频移分量如公式13所示。

频移后该频率分量如公式14所示。

综上所述，经过多普勒频移后，重复频率F_R如公式15所示。

即经过多普勒频移后，重复频率变为以前的k＝(1+(2Vcosθ)/c)倍，重复频率变化示意图如图5所示。当重复频率f_r为1THz，振动物体最大运动速度10m/s，夹角θ为零，经过多普勒效应频移后，变化后的重复频率F_R，为(1×10¹²+6.7×10⁴)Hz，则脉冲间隔变化量约为6.7×10^-20s，依据公式15，可得幅值变化量约为1×10^-11m，即小于nm量级，可忽略不计。综上所述，由于多普勒效应引起的时间间隔抖动而引入的振动幅值变化量能够忽略不计。

以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.利用双微腔飞秒光学频率梳的远程宽频带测振系统，其特征在于：包括飞秒光源系统、光学测量系统及信号采集及处理系统；

所述飞秒光源系统包括双路飞秒微腔光梳光源，分别产生测振所需信号光和扫描光；双路飞秒微腔光梳光源分别采用基于微谐振腔的Kerr光频梳，基于泵浦自锁定技术通过连续光泵浦、掺铒光纤放大器及片上微腔实现宽带集成光学频率梳，并利用微腔非线性效应与选模机制，获得稳定的超高重复频率的激光脉冲输出，所述超高重复频率范围为GHz～THz；双路飞秒微腔光梳光源作为测振光源，具有MHz的重复频率差值，满足宽频带振动频率的测量需求；

所述光学测量系统包括脉冲分光单元和脉冲扫描单元，基于双光梳非线性异步采样技术，使用重复频率有差值的光学频率梳实现脉冲的时域重合，从而实现振动目标的测量；

所述信号采集及处理系统包括重频信号计数装置、高速数据采集装置及上位机。

2.如权利要求1所述的利用双微腔飞秒光学频率梳的远程宽频带测振系统，其特征在于：双路飞秒微腔光梳光源中第一微腔光梳主要由第一连续光泵浦源(1)、第一掺铒光纤放大器(2)、第一片上微腔(3)组成及第二掺铒光纤放大器(4)组成；第一连续光泵浦源(1)经第一掺铒光纤放大器(2)放大至mW量级，为第一片上微腔(3)提供泵浦激励光源，第一片上微腔(3)经激励后输出飞秒光梳光源，飞秒光梳光源种子光再次经第二掺铒光纤放大器(4)由mW量级放大至百mW量级，即生成稳定的高重复频率的飞秒光学频率梳；第二微腔光梳主要由第二连续光泵浦源(5)、第三掺铒光纤放大器(6)、第二片上微腔(7)组成及第四掺铒光纤放大器(8)组成；双路飞秒微腔光梳光源具有MHz量级的重频差，能够提供超宽的振动频率测量带宽；双路飞秒微腔光梳光源包括第一微腔光梳和第二微腔光梳，第一微腔光梳和第二微腔光梳统称双光梳。

3.如权利要求1所述的利用双微腔飞秒光学频率梳的远程宽频带测振系统，其特征在于：所述脉冲分光单元主要将第一微腔光梳生成的信号光脉冲分为一束参考光脉冲和一束测量光脉冲，实现被测振动目标的光路信息提取；脉冲扫描单元主要利用第二微腔光梳生成的扫描光对脉冲单元输出的参考光脉冲和测量光脉冲进行时域光学扫描，由于第一微腔光梳与第二微腔光梳存在重频差，相对于GHz量级超高重复频率而言，第一微腔光梳与第二微腔光梳存在的MHz量级重频差较小，使得扫描光脉冲与参考光脉冲、测量光脉冲在时域上存在微小时间差，因此，参考光脉冲、测量光脉冲相当于被扫描光脉冲扫描，此时产生的双脉冲信号中包含相邻脉冲时间间隔信息，通过解调算法即能够获得待测振动目标的振动参数。

4.如权利要求3所述的利用双微腔飞秒光学频率梳的远程宽频带测振系统，其特征在于：所述光学测量系统中脉冲单元包括第一二分之一波片(9)、第一四分之一波片(12)、反射镜(11)、第一偏振分光棱镜(16)、第二四分之一波片(13)、扩束镜(14)及角锥反射镜(15)；第一微腔光梳发出的信号光脉冲经过第一二分之一波片(9)后，在第一偏振分光棱镜(16)处分为两束偏振互相垂直的脉冲光，所述第一二分之一波片(9)用于为调节信号光脉冲的偏振态，以改变第一偏振分光棱镜(16)输出两束偏振垂直光的强度比例；一束脉冲光经第一四分之一波片(12)入射至反射镜(11)，被称为参考光脉冲；另一束经第二四分之一波片(13)和扩束镜(14)，入射至角锥反射镜(15)，称为测量光脉冲；第一四分之一波片(12)及第二四分之一波片(13)作用是使返回的参考光脉冲和测量光脉冲的偏振态旋转90°，从而使两束反射回光在第一偏振分光棱镜(16)处汇合；

所述光学测量系统中脉冲扫描单元包括第二二分之一波片(10)、第三二分之一波片(17)、第二偏振分光棱镜(18)、第一凸透镜(19)、二类匹配倍频晶体(20)、第二凸透镜(21)及分色镜(22)；第二二分之一波片(10)及第三二分之一波片(17)的作用是调整线偏振光的偏振角度；参考光脉冲和测量光脉冲的合束光经第三二分之一波片(17)入射至第二偏振分光棱镜(18)，与第一微腔光梳发出的扫描光脉冲汇合；经过第一凸透镜(19)汇聚后的扫描光脉冲、参考光脉冲及目标光脉冲入射至二类倍频晶体(20)，当两束偏振互相垂直且在时域重合的脉冲光入射至晶体时，产生倍频光；因此，经过所述倍频晶体后，参考光脉冲与扫描光脉冲产生一束倍频光，测量光脉冲与扫描光产生另一束倍频光；两束倍频光经第二凸透镜汇聚(21)及分色镜(22)滤波后，被第一光电探测器(23)探测后，输出包含参考信号和测量信号振动测量信号，通过参考信号和测量信号之间相邻脉冲时间间隔的解调，即获得待测振动目标的参数信息；倍频晶体在脉冲扫描的同时，输出信噪比较高，质量较好的类高斯形状脉冲对，有利于时域测振信号的快速解调。

5.如权利要求1所述的利用双微腔飞秒光学频率梳的远程宽频带测振系统，其特征在于：重频信号计数装置(26)主要分别对第二光电探测器(24)及第三光电探测器(25)输出的脉冲信号进行计数，从而获得第一微腔光梳与第二微腔光梳之间的重复频率差值，即为测振系统的测量速率，覆盖带测目标较宽的振动频率；高速数据采集装置(27)主要利用高速数据采集卡，将测振信号变为数字信号，实时采集测振信号，传输至上位机(28)；上位机主要功能通过信号处理软件依据重频值及重频差值参数，采用自适应解调算法实现测振信号的处理，从而获得实时振动信号。

6.利用双微腔飞秒光学频率梳的远程宽频带测振方法，基于权利要求1、2、3、4或5所述的利用双微腔飞秒光学频率梳的远程宽频带测振系统实现，其特征在于：针对被测目标高振动频率及远距离测量的需求，采用双路稳定超高重复频率的微谐振腔Kerr光梳作为测振系统光源，所述双路稳定超高重复频率的微谐振腔Kerr光梳即为双路飞秒微腔光梳光源，利用微腔光梳高重复频率的特点提供宽频带的测量带宽；采用非线性异步光学采样原理，实现对振动目标的振动测量，被测目标振动参数的更新速率由第一微腔光梳与第二微腔光梳重复频率差值决定；采用重频信号及测振信号实时高速采集方案及自适应性解调算法，实现测振信号的快速实时解调；

光学测量主要基于双光梳非线性异步采样技术，利用时间飞行原理实现远距离的待测振动目标位移测量，即利用光学频率梳的时域脉冲特性，通过时间飞行法可以得到待测目标的初值，同时，利用光学频率梳特性进一步提高测量精度；

光路传输方式为双路微腔光梳分别输出扫描光脉冲及信号光脉冲，一方面，第一微腔光梳产生的信号光脉冲经过第一偏振分光棱(16)镜分为偏振态互相垂直的参考光脉冲及测量光脉冲，分别入射至反射镜(11)及角锥反射镜(15)，其中，采用第一二分之一波片(9)调节参考光脉冲及测量光脉冲的强度比例；参考光路和测量光路分别采用第一四分之一波片(12)及第二四分之一波片(13)使返回的参考光脉冲和测量光脉冲的偏振态旋转90°，满足偏振分光镜分光条件，使两束反射回光在第一偏振分光棱镜(16)处汇合；测量光路中采用扩束镜(14)实现光路直径及发散角的改变；另一方面，经第二二分之一波片(10)调整偏振角度后，第二微腔光梳产生的扫描光脉冲与参考光脉冲、测量光脉冲在第二偏振棱镜处(18)汇合，经透镜聚焦后入射至二类匹配倍频晶体(20)产生倍频光；与参考光脉冲、测量光脉冲具有微小的重频差的扫描脉冲实现对参考光脉冲、测量光脉冲的扫描，即参考光脉冲与扫描光脉冲产生一束倍频光，测量光脉冲与扫描光产生另一束倍频光，经分色镜(22)滤波后，输出包含有效振动信息的纯净倍频光；倍频晶体在脉冲扫描时，输出信噪比较高，质量较好的类高斯形状脉冲对，有利于时域测振信号的快速解调；

为从光信号中解算出被测振动目标的幅值信息，一方面，采用第三光电探测器(25)和第二光电探测器(24)分别将第一微腔光梳产生的信号光脉冲与第二微腔光梳产生的扫描光脉冲，转化为电学信号；经重频信号计数装置(26)，分别实时记录双光梳的重复频率，并获得二者之间的重复频率差值；另一方面，采用第一光电探测器(23)将倍频光信号转化为电学信号，利用高速数据采集装置(27)将模拟电学信号转化为数字信号，实现测振信号的实时高速采集，并将重频值、重频差值和所述数字信号传输至上位机(28)；上位机主要功能通过信号处理依据重频值及重频差值参数，采用自适应解调算法实现测振信号的处理，从而实时测量振动幅值。

7.如权利要求6所述的利用双微腔飞秒光学频率梳的远程宽频带测振方法，其特征在于：所述自适应解调算法包含滤波、峰值搜索及高斯拟合的时域方法。