CN111007525B - 基于单飞秒光频梳平衡互相关的任意绝对距离测量装置 - Google Patents

基于单飞秒光频梳平衡互相关的任意绝对距离测量装置 Download PDF

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Abstract

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。

Description

基于单飞秒光频梳平衡互相关的任意绝对距离测量装置
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；
经过第一1/2波片的飞秒光频梳输出至第一偏振分束棱镜，由第一偏振分束棱镜分束后，一束经过第一1/4波片到达参考镜，被参考镜反射并透过第一1/4波片、第一偏振分束棱镜输出参考光，另一束经第二1/4波片到达目标角锥，被目标角锥反射并透过第二1/4波片、第一偏振分束棱镜输出目标光。
进一步的，所述光学平衡互相关系统包括高通双色镜、反射镜、第一透镜、第二透镜、PPKTP晶体、低通双色镜和平衡差分放大探测器；
合束后的本振光和目标光或者合束后的本振光和参考光透过高通双色镜、第一透镜被聚焦到PPKTP晶体，在PPKTP晶体内发生二次谐波效应，产生第一次倍频光，第一次倍频光经过第二透镜、低通双色镜进入平衡差分放大探测器的正向端，本振光和目标光或者参考光透过第二透镜被低通双色镜反射，被反射的本振光和目标光或者参考光透过第二透镜被聚集到PPKTP晶体，产生第二次倍频光，第二次倍频光、本振光和目标光或者参考光透过第一透镜被高通双色镜反射到反射镜，又被反射镜反射到平衡差分放大探测器的负向端，平衡差分放大探测器生成互相关电信号并输出。
进一步的，所述第一透镜、第二透镜均为焦距75mm透镜。
进一步的，所述飞秒激光器中心波长为1560nm，脉冲重复频率为100MHz，调节范围为±200kHz。
进一步的，所述长光纤长度为2km。
一种基于单飞秒光频梳平衡互相关的任意绝对距离测量方法，包括以下步骤：
1)构建上述任意绝对距离测量装置；
2)启动飞秒激光器，飞秒激光器输出的飞秒光频梳经过分束，一路进入长光纤，生成本振光，另一路进入迈克尔逊测量系统生成目标光和参考光，控制第二1/2波片，将参考光输出至第二偏振分束棱镜，与本振光合束进入光学平衡互相关系统生成互相关电信号，互相关电信号由负反馈控制器转换并反馈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，利用频率计采集锁定后的脉冲重复频率fref1；
3)解锁并调整飞秒激光器的脉冲重复频率，启动飞秒激光器，再次控制第二1/2波片，将参考光输出至第二偏振分束棱镜，与本振光合束进入光学平衡互相关系统生成互相关电信号，负反馈控制器转换该互相关电信号并反馈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，利用频率计采集锁定后的脉冲重复频率fref2；
4)解锁并调整飞秒激光器的脉冲重复频率，启动飞秒激光器，控制第二1/2波片，将目标光输出至第二偏振分束棱镜，与本振光合束进入光学平衡互相关系统生成互相关电信号，负反馈控制器转换该互相关电信号并反馈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，利用频率计采集锁定后的脉冲重复频率ftar1；
5)解锁并调整飞秒激光器的脉冲重复频率，启动飞秒激光器，再次控制第二1/2波片，将目标光输出至第二偏振分束棱镜，与本振光合束进入光学平衡互相关系统生成互相关电信号，负反馈控制器转换该互相关电信号并反馈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，利用频率计采集锁定后的脉冲重复频率ftar2；
6)利用得到的fref1、fref2计算长光纤和参考镜相对于同一固定点的光学长度差dref
Figure BDA0002334708920000051
利用得到的ftar1、ftar2计算长光纤和目标角锥相对于同一固定点的光学长度差dtar
Figure BDA0002334708920000052
将式(1)、式(2)代入式(3)得到绝对距离D
Figure BDA0002334708920000061
其中，N为光在空气中的折射率。
本发明的有益效果是：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，同时，又避免了双光频梳测量系统的高昂成本和模糊距离对测量的限制。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明光学平衡互相关系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1所示，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1，飞秒激光器1的输出端连接第一光纤分束器2a的输入端，第一光纤分束器2a的一路输出端连接频率计10，另一路输出端连接第二光纤分束器2b的输入端，第二光纤分束器2b的一路输出端连接长光纤14一端，长光纤14末端连接第二光纤准直器3b的输入端，第二光纤准直器3b的输出端连接第二偏振分束棱镜13b的一路输入端，第二光纤分束器2b的另一路输出端连接第一光纤准直器3a的输入端，第一光纤准直器3a的输出端连接第一1/2波片4a的输入端，第一1/2波片4a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4b的输入端，第二1/2波片4b的输出端连接第二偏振分束棱镜13b的另一路输入端，第二偏振分束棱镜13b的输出端连接光学平衡互相关系统8的输入端，光学平衡互相关系统8的输出端连接负反馈控制器9的输入端，负反馈控制器9的输出端连接飞秒激光器1的输入端；
飞秒激光器1输出飞秒光频梳，飞秒光频梳经第一光纤分束器2a分束后，一路输出至频率计10得到飞秒激光器1的脉冲重复频率，另一路输出至第二光纤分束器2b，又经第二光纤分束器2b分束后，一路经长光纤14、第二光纤准直器3b输出本振光，另一路经第一光纤准直器3a、第一1/2波片4a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4b，将参考光或目标光输出至第二偏振分束棱镜13b，参考光或目标光与本振光经第二偏振分束棱镜13b合束后进入光学平衡互相关系统8，光学平衡互相关系统8输出互相关电信号，互相关电信号经负反馈控制器9转换为误差电信号后输出至飞秒激光器1的重复频率控制模块，锁定飞秒激光器1的脉冲重复频率。
如图1所示，所述迈克尔逊测量系统包括第一偏振分束棱镜13a、第一1/4波片5a、参考镜6、第二1/4波片5b和目标角锥7；
第一偏振分束棱镜13a的输入端与所述第一1/2波片4a的输出端连接，第一偏振分束棱镜13a的一路输出端连接第一1/4波片5a的输入端，第一1/4波片5a的输出端连接参考镜6，第一偏振分束棱镜13a的另一路输出端连接第二1/4波片5b的输入端，第二1/4波片5b的输出端连接目标角锥7；
经过第一1/2波片4a的飞秒光频梳输出至第一偏振分束棱镜13a，由第一偏振分束棱镜13a分束后，一束经过第一1/4波片5a到达参考镜6，被参考镜6反射并透过第一1/4波片5a、第一偏振分束棱镜13a输出参考光，另一束经第二1/4波片5b到达目标角锥7，被目标角锥7反射并透过第二1/4波片5b、第一偏振分束棱镜13a输出目标光。
如图2所示，所述光学平衡互相关系统包括高通双色镜15、反射镜16、第一透镜18a、第二透镜18b、PPKTP晶体17、低通双色镜12和平衡差分放大探测器11；第一透镜18a、第二透镜18b均为焦距75mm透镜；
合束后的本振光和目标光或者合束后的本振光和参考光透过高通双色镜15、第一透镜18a被聚焦到PPKTP晶体17，在PPKTP晶体17内发生二次谐波效应，产生第一次倍频光，第一次倍频光经过第二透镜18b、低通双色镜12进入平衡差分放大探测器11的正向端，本振光和目标光或者参考光透过第二透镜18b被低通双色镜12反射，被反射的本振光和目标光或者参考光透过第二透镜18b被聚集到PPKTP晶体17，产生第二次倍频光，第二次倍频光、本振光和目标光或者参考光透过第一透镜18a被高通双色镜15反射到反射镜16，又被反射镜16反射到平衡差分放大探测器11的负向端，平衡差分放大探测器11生成互相关电信号并输出。
利用上述装置可以不受激光器重复频率调节范围限制，对任意绝对距离进行测量，以下具体说明：
一种基于单飞秒光频梳平衡互相关的任意绝对距离测量方法，包括以下步骤：
1)选择中心波长为1560nm、脉冲重复频率为100MHz、调节范围为±200kHz的飞秒激光器1，以及长度为2km的长光纤14，构建上述任意绝对距离测量装置；
2)启动飞秒激光器1，飞秒激光器1输出的飞秒光频梳经过分束，一路进入长光纤14，生成本振光，另一路进入迈克尔逊测量系统生成目标光和参考光，控制第二1/2波片4b，将参考光输出至第二偏振分束棱镜13b，与本振光合束进入光学平衡互相关系统8生成互相关电信号，互相关电信号由负反馈控制器9转换并反馈至飞秒激光器1的重复频率控制模块，锁定飞秒激光器1的脉冲重复频率，利用频率计10采集锁定后的脉冲重复频率fref1；
3)解锁并调整飞秒激光器1的脉冲重复频率，启动飞秒激光器1，再次控制第二1/2波片4b，将参考光输出至第二偏振分束棱镜13b，与本振光合束进入光学平衡互相关系统8生成互相关电信号，负反馈控制器9转换该互相关电信号并反馈至飞秒激光器1的重复频率控制模块，锁定飞秒激光器1的脉冲重复频率，利用频率计10采集锁定后的脉冲重复频率fref2；
4)解锁并调整飞秒激光器1的脉冲重复频率，启动飞秒激光器1，控制第二1/2波片4b，将目标光输出至第二偏振分束棱镜13b，与本振光合束进入光学平衡互相关系统8生成互相关电信号，负反馈控制器9转换该互相关电信号并反馈至飞秒激光器1的重复频率控制模块，锁定飞秒激光器1的脉冲重复频率，利用频率计10采集锁定后的脉冲重复频率ftar1；
5)解锁并调整飞秒激光器1的脉冲重复频率，启动飞秒激光器1，再次控制第二1/2波片4b，将目标光输出至第二偏振分束棱镜13b，与本振光合束进入光学平衡互相关系统8生成互相关电信号，负反馈控制器9转换该互相关电信号并反馈至飞秒激光器1的重复频率控制模块，锁定飞秒激光器1的脉冲重复频率，利用频率计10采集锁定后的脉冲重复频率ftar2；
6)如图1所示，利用得到的fref1、fref2计算长光纤14和参考镜6相对于固定点Q的光学长度差dref
Figure BDA0002334708920000101
利用得到的ftar1、ftar2计算长光纤14和目标角锥7相对于固定点Q的光学长度差dtar
Figure BDA0002334708920000102
将式(1)、式(2)代入式(3)得到绝对距离D
Figure BDA0002334708920000103
其中，N为光在空气中的折射率。
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，同时，又避免了双光频梳测量系统的高昂成本和模糊距离对测量的限制。
所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的范围。

Claims (7)

1.一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，其特征在于，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首端，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。
2.如权利要求1所述的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，其特征在于，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；
经过第一1/2波片的飞秒光频梳输出至第一偏振分束棱镜，由第一偏振分束棱镜分束后，一束经过第一1/4波片到达参考镜，被参考镜反射并透过第一1/4波片、第一偏振分束棱镜输出参考光，另一束经第二1/4波片到达目标角锥，被目标角锥反射并透过第二1/4波片、第一偏振分束棱镜输出目标光。
3.如权利要求1所述的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，其特征在于，所述光学平衡互相关系统包括高通双色镜、反射镜、第一透镜、第二透镜、PPKTP晶体、低通双色镜和平衡差分放大探测器；
合束后的本振光和目标光或者合束后的本振光和参考光透过高通双色镜、第一透镜被聚焦到PPKTP晶体，在PPKTP晶体内发生二次谐波效应，产生第一次倍频光，第一次倍频光经过第二透镜、低通双色镜进入平衡差分放大探测器的正向端，本振光和目标光或者参考光透过第二透镜被低通双色镜反射，被反射的本振光和目标光或者参考光透过第二透镜被聚集到PPKTP晶体，产生第二次倍频光，第二次倍频光、本振光和目标光或者参考光透过第一透镜被高通双色镜反射到反射镜，又被反射镜反射到平衡差分放大探测器的负向端，平衡差分放大探测器生成互相关电信号并输出。
4.如权利要求3所述的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，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜均为焦距75mm透镜。
5.如权利要求1所述的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，其特征在于，所述飞秒激光器中心波长为1560nm，脉冲重复频率为100MHz，调节范围为±200kHz。
6.如权利要求1所述的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，其特征在于，所述长光纤长度为2km。
7.一种基于单飞秒光频梳平衡互相关的任意绝对距离测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)构建如权利要求1所述的任意绝对距离测量装置；
2)启动飞秒激光器，飞秒激光器输出的飞秒光频梳经过分束，一路进入长光纤，生成本振光，另一路进入迈克尔逊测量系统生成目标光和参考光，控制第二1/2波片，将参考光输出至第二偏振分束棱镜，与本振光合束进入光学平衡互相关系统生成互相关电信号，互相关电信号由负反馈控制器转换并反馈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，利用频率计采集锁定后的脉冲重复频率fref1；
3)解锁并调整飞秒激光器的脉冲重复频率，启动飞秒激光器，再次控制第二1/2波片，将参考光输出至第二偏振分束棱镜，与本振光合束进入光学平衡互相关系统生成互相关电信号，负反馈控制器转换该互相关电信号并反馈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，利用频率计采集锁定后的脉冲重复频率fref2；
4)解锁并调整飞秒激光器的脉冲重复频率，启动飞秒激光器，控制第二1/2波片，将目标光输出至第二偏振分束棱镜，与本振光合束进入光学平衡互相关系统生成互相关电信号，负反馈控制器转换该互相关电信号并反馈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，利用频率计采集锁定后的脉冲重复频率ftar1；
5)解锁并调整飞秒激光器的脉冲重复频率，启动飞秒激光器，再次控制第二1/2波片，将目标光输出至第二偏振分束棱镜，与本振光合束进入光学平衡互相关系统生成互相关电信号，负反馈控制器转换该互相关电信号并反馈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，利用频率计采集锁定后的脉冲重复频率ftar2；
6)利用得到的fref1、fref2计算长光纤和参考镜相对于同一固定点的光学长度差dref
Figure FDA0003669360970000041
利用得到的ftar1、ftar2计算长光纤和目标角锥相对于同一固定点的光学长度差dtar
Figure FDA0003669360970000042
将式(1)、式(2)代入式(3)得到绝对距离D
Figure FDA0003669360970000043
其中，N为光在空气中的折射率。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113224630B (zh) * 2021-04-22 2022-09-30 合肥工业大学 一种延时光路锁定装置及锁定方法
CN113758678B (zh) * 2021-08-06 2022-09-02 上海交通大学 测试单次互相关器动态范围的方法及其装置
CN116047535B (zh) * 2022-12-30 2024-03-22 电子科技大学 基于色散傅里叶变换的双光学频率梳飞行时间法测距系统
CN117629426B (zh) * 2024-01-25 2024-04-05 中国计量科学研究院 可溯源至高准确度时间频率基准的光波长测量方法及系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102998676A (zh) * 2012-11-26 2013-03-27 清华大学 一种双飞秒激光频率梳测距系统
CN104236725A (zh) * 2014-09-29 2014-12-24 山西大学 一种精确测量激光波长的装置及方法
CN107764189A (zh) * 2017-09-30 2018-03-06 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 一种大范围重频调制的飞秒激光绝对测距装置及方法
CN108181627A (zh) * 2018-01-09 2018-06-19 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 基于时域扫描的全光纤双向锁模飞秒激光测距装置及方法
CN109239726A (zh) * 2018-08-30 2019-01-18 天津大学 一种基于单台双梳飞秒激光器的非合作目标测距系统

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8120778B2 (en) * 2009-03-06 2012-02-21 Imra America, Inc. Optical scanning and imaging systems based on dual pulsed laser systems

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102998676A (zh) * 2012-11-26 2013-03-27 清华大学 一种双飞秒激光频率梳测距系统
CN104236725A (zh) * 2014-09-29 2014-12-24 山西大学 一种精确测量激光波长的装置及方法
CN107764189A (zh) * 2017-09-30 2018-03-06 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 一种大范围重频调制的飞秒激光绝对测距装置及方法
CN108181627A (zh) * 2018-01-09 2018-06-19 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 基于时域扫描的全光纤双向锁模飞秒激光测距装置及方法
CN109239726A (zh) * 2018-08-30 2019-01-18 天津大学 一种基于单台双梳飞秒激光器的非合作目标测距系统

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