CN111239762A - 一种光学频率梳的工件快速成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光学频率梳的工件快速成像方法，其中器件有：泵浦、波分复用器、λ/2波片、滤光片、隔离器、掺镱光纤功率放大器、衰减片、一维位移台和傅里叶光谱仪以及准直器、λ/4波片、分束立方体、反射镜、透镜和三维位移台；本发明以光谱干涉为基础，在脉冲光通过分束立方体后分为参考脉冲光和测量脉冲光，而其各自再带着距离信息形成反射光回到红外分束立方体中，完成脉冲光的合束形成干涉，再依据三维位移台，得到整个测量目标物体的距离信息，从而得到物体的3D图像。本发明在保证高精度、高稳定性的工件测量和成像的前提下，加快测量的速度，以便更好的在后续的激光雷达和自动驾驶中有更好的实现和高分辨率以及快速反应等。
Description
技术领域
本发明涉及光学频率梳光谱测距以及成像领域，尤其涉及一种光学频率梳的工件快速 成像方法。
背景技术
高精度距离测量是现代工业和科学研究的重要基础之一，从全球测量定位系统定位到 飞机、船舶等大型装备制造，乃至微纳尺度的芯片加工，距离测量都扮演着至关重要的角 色，而且基于激光的非接触测量方法一直在距离测量中有着重要应用。随着大型机械装备 基础地位重要性的日益突出，大型数字化制造与装配技术将引领高端装备制造产业的核心 竞争力，高性能测距新技术将面临全新挑战。而在当今的社会发展之中，高精度的距离测 量技术以及工件的应用对生产生活中都有着重要的作用和意义。随着仪器科学的飞速发展， 对于高精度距离测量的应用也越来越广泛且要求越来越高，尤其是对工件的制作以及工件 后期的检查，例如质量的控制校正、工件的磨损检测、取证以及图像扫描等。
随着现在科技的发展，在测距的基础之上，应用越来越广泛，尤其是在工业级别和生 活之中。随着机器人对成像和测距的需求，使得激光雷达(光探测和测距)走在了科技前沿。在民用应用需求的今天，自动驾驶、清洁能源技术(风力涡轮机)、工业自动化和面部 识别等等这些新兴的民用都使得人们对高分辨率的三维成像技术产生了极大的兴趣。激光雷达是雷达在光学上的实现，是一种用于测量距离和速度的遥感方法，是这些应用的主要候选者之一。激光雷达系统通过激光扫描获得周围环境的三维图像。同时，光学频率梳是将时频域相结合起来的；在时域内，光学频率梳可以看成连续的脉冲序列；频域内，光学 频率梳可以看成是等间隔的纵模。
发明内容
针对现在已经成熟的干涉技术，本发明提供了一种光学频率梳的工件快速成像方法， 尤其针对现在的测距成像中，基于点阵的成像方法，每个点都需要一个单独的探测器来说。 此次发明中，基于1μm的红外飞秒激光作为激光源并以飞秒脉冲的光谱干涉作为基本原理 对工件进行测距和成像，其目的在于保证实现高精度、高稳定性的工件测量和成像的前提 下，加快测量的速度，以便更好的在后续的激光雷达和自动驾驶中有更好的实现和高分辨 率以及快速反应等。
为了解决上述相关的技术问题，本发明中提出了一种光学频率梳的工件快速成像方法， 所用到的器件有：泵浦、波分复用器、λ/2波片、滤光片、隔离器、掺镱光纤功率放大器、 衰减片、一维位移台和傅里叶光谱仪以及四个准直器、两个λ/4波片、两个分束立方体、两 个反射镜、三个透镜和两个三维位移台；其中，四个准直器分别记为第一准直器、第二准直器、第三准直器和第四准直器；两个λ/4波片分别记为第一λ/4波片和第二λ/4波片；两 个分束立方体分别记为第一分束立方体和第二分束立方体；两个反射镜分别记为第一反射镜和第二反射镜；三个透镜分别记为第一透镜、第二透镜和第三透镜；两个三维位移台分别记为第一三维位移台和第二三维位移台；所述泵浦用于发射1030nm红外飞秒脉冲，测量目标物体放置于所述的第二三维位移台上，第一反射镜放置于所述一维位移台上，第二透镜放置于所述的第一三维位移台上；并包括以下步骤：
步骤一、泵浦发出脉冲光，并依次通过波分复用器、第一准直器、第一λ/4波片、λ/2波片、第一分束立方体、滤光片、第二λ/4波片和隔离器，从而完成激光器的稳定锁模输出；
步骤二、将通过激光器所发出的稳定飞秒脉冲光通过第二准直器和第三准直器后经过 掺镱光纤功率放大器进行放大；
步骤三、让经过放大的脉冲光通过第四准直器后打到第二分束立方体上，从而形成参 考光路和测量光路；
步骤四、将通过第二分束立方体的参考脉冲光经过衰减片后打到垂直于参考光路布置 的第一反射镜上，并调节参考光路的光程；同时，让测量脉冲光经过由第一透镜和第二透 镜构成的一对透镜完成扩束后，在参考光路光程不变的情况下将测量脉冲光，打到测量目 标物体上，通过移动所述第二三维位移台调节测量目标物体的位置来进行调整光程，并进 行移动成像；
步骤五、将打到测量目标物体上的测量脉冲光和打到第一反射镜上的参考脉冲光分别 按原路返回至所述第二分束立方体进行合束，合束完成后依次通过第二反射镜和第三透镜 打到傅里叶光谱仪中；
步骤六、经过傅里叶光谱仪的数据采集和傅里叶变换，得到时间信息，进而通过数据 处理得到距离信息；获得测量目标物体上各个点的距离信息后得到3D图像的点云图，从而 完成成像。
进一步讲，本发明中，所述泵浦的型号为LC96Z600-76，SE321202；所述波分复用器的型号为WDM-1-9761030-N-L-1-4；四个准直器的型号均为Thorlabs，F260APC-1064；两 个λ/4波片的型号均为WPQ05M-1030；所述λ/2波片的型号为Thorlabs，WPH05ME-1030； 所述滤光片的型号为FL051064-3；所述隔离器的型号为IO-5-1030-VLP；所述掺镱光纤功率 放大器(12)的型号为MFAS-Yb-M-LP；两个分束立方体的型号均为GCC-401132；两个反 射镜的型号均为Thorlabs，PF10-03-P01；所述一维位移台型号为LSDP-100JS；三个透镜的 型号均为Thorlabs，LB4879-B；两个三维位移台的型号均为LSDZ-03-01；所述衰减片(15) 的型号为NDC-50C-2M-B；所述傅里叶光谱仪的型号为Thorlabs，OSA202c。
步骤一中，使用所述的泵浦发出980nm的红外脉冲光，经过波分复用器后，使输出光 为1030nm的脉冲光；然后经过第一准直器，使光再依次通过第一λ/4波片、λ/2波片、第一分束立方体、滤光片、第二λ/4波片、隔离器，再回到波分复用器中，从而形成了环形腔，以保证脉冲光的稳定锁模输出。
步骤三中，将通过掺镱光纤功率放大器放大光功率的脉冲光通过第四准直器，并通过 调节所述第四准直器的俯仰偏摆，使飞秒脉冲光稳定的射出，将发出的飞秒脉冲光通过第 二分束立方体，确保两束光等高的射出，从而形成两束脉冲光，分别为参考光路的参考脉 冲光和测量光路的测量脉冲光。
步骤三中，实现两束光等高射出的调节过程是：在测量脉冲光的前端尽量远的地方放 置一个靶标；通过调节第二分束立方体的俯仰偏摆来进行调节参考光路的高度，通过调节 所述第四准直器的俯仰偏摆来调节测量光路的高度；即在第二分束立方体的测量光路出光 位置紧贴着放置一个靶标，其靶标中心有一细小微孔正好可以使光通过，然后将靶标放置 较远处位置看光是否还通过中心的微孔，若未通过则调节第四准直器的俯仰偏摆从而使光 通过中心的微孔，然后再将靶标拿到紧贴第二分束立方体的测量光路出光位置处看是否依 旧通过中心微孔，若通过，则表示光已经等高，如若不通过，则再次将靶标放置较远地方 进行调节，直到在紧贴第二分束立方体的出光位置和在距离测量光路较远处位置都通过中 心微孔；然后通过调节第二分束立方体的俯仰偏摆来进行调节参考光路的高度，即在参考 光路的前进端放置一同高度靶标，确保光在第二分束立方体刚分束的时候通过该靶标的中 心微孔，再将该靶标在同一高度平面平移放到尽量远的地方，使光依旧通过该靶标的中心 微孔，得到该参考光路的光等高。
步骤四中，将通过第二分束立方体的等高的参考脉冲光通过所述衰减片后打到第一反 射镜上，其中衰减片通过控制参考脉冲光的通过率来进行调节参考光路的参考脉冲光的功 率大小，然后通过调整一维位移台来调节参考光路的长短，使测量光路和参考光路形成等 臂，从而进行光谱干涉；将通过第二分束立方体的测量脉冲光通过第一透镜和第二透镜来 进行光束的扩束，通过调整第一三维位移台来进行调节，使第一透镜和第二透镜的焦距在 一点上，即第一透镜与第二透镜的距离s为第一透镜焦距f1和第二透镜焦距f2之和，即为 s＝f1+f2，完成扩束后，在参考光路光程不变的情况下，通过调节第二三维位移台的X轴 使测量光路与参考光路等臂，然后通过调节第二三维位移台的Y轴和Z两轴来进行测量目 标物体的成像。
步骤五的具体过程是，在进行完扩束以后，脉冲光稳定的打到测量目标物体上，然后 在打到测量目标物体上的脉冲光按照原路返回了一定强度的光；参考光路的光在经过第二 分束立方体以后打到垂直于参考光路的第一反射镜上，即在第二分束立方体射出处放置一 靶标，确保经过第一反射镜反射回来的光也通过同一光阑；测量光路与参考光路的反射光 再次进入所述第二分束立方体从而完成合束，完成合束的脉冲光打到第二反射镜上，再经 过第三透镜进行聚焦，使经过第三透镜的合束脉冲光的焦点打到傅里叶光谱仪之中；其中， 所述第二反射镜的作用为：通过调节第二反射镜的俯仰偏摆来使经过第三透镜聚焦后的光 顺利的打到傅里叶光谱仪的采集器上。
步骤六中，经过傅里叶光谱仪的数据采集和傅里叶变换后，利用电脑进行数据处理， 即根据得到的时间信息求出距离信息，根据距离信息记录下来的数据获得测量目标物体上 各个点的距离信息后，再依据第二三维位移台的位移，得到整个测量目标物体的距离信息， 进而得到测量目标物体的3D图像。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明成像方法在依据光学精准测距成像的基础之上，将色散干涉的测距方法应 用于工件成像，在完成精准成像的同时进行实时呈现图像，并且该方法是基于飞秒光学频 率梳，灵敏度非常高，精度也较一般的准确，可用于精密仪器的测量成像、精密工件的检 测以及后期磨损的检测等。
(2)测量工件时，由于测量的数据量较大，测量时间较长。本发明中，在保证工件测量的准确性和灵敏性的前提之下，通过两透镜将光束进行扩束，从而将被测目标物体上还有一个区域的多个点的距离信息。
(3)本发明方法可进行实时测量，在进行小型化测量的同时，可以和现在5G相结合， 从而完成激光雷达的进一步发展，以及后期可以逐步用于自动驾驶的检测等应用之中。本 发明方法可以在工件的精密成像、检查工件磨损、检查工件平坦度等一系列的测量中发挥 重要的直接或间接作用，为相关的领域作业提供可靠精准的数据和保障，同时，此方法还 可以进行海底和火山等一系列恶劣环境的仪器检测和成像。
附图说明
图1为本发明光学频率梳的工件快速成像方法的光路图；
图2为本发明光学频率梳的工件快速成像方法的流程图；
图3为本发明中光谱仪采集得到的光谱干涉图；
图4为本发明中进行完傅里叶变换后得到的时域图像。
图中：
1-泵浦 2-波分复用器 3-第一准直器
4-第一λ/4波片 5-λ/2波片 6-第一分束立方体
7-滤光片 8-第二λ/4波片 9-隔离器
10-第二准直器 11-第三准直器 12-掺镱光纤功率放大器
13-第四准直器 14-第二分束立方体 15-衰减片
16-第一反射镜 17-一维位移台 18-第一透镜
19-第二透镜 20-测量目标物体 21-第一三维位移台
22-第二三维位移台 23-第二反射镜 24-第三透镜
25-傅里叶光谱仪 26-目标物体第一距离信息点 27-目标物体第二距离信息点
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有 任何限制。
如图1所示，本发明提出的一种光学频率梳的工件快速成像方法，所用到的器件有： 泵浦1、波分复用器2、λ/2波片5、滤光片7、隔离器9、掺镱光纤功率放大器12、衰减片15、、一维位移台17和傅里叶光谱仪25以及四个准直器3、两个λ/4波片、两个分束立方 体、两个反射镜、三个透镜和两个三维位移台。
四个准直器分别记为第一准直器3、第二准直器10、第三准直器11和第四准直器13； 两个λ/4波片分别记为第一λ/4波片4和第二λ/4波片8；两个分束立方体分别记为第一分 束立方体6和第二分束立方体14；两个反射镜分别记为第一反射镜16和第二反射镜23；三个透镜分别记为第一透镜18、第二透镜19和第三透镜24；两个三维位移台分别记为第 一三维位移台21和第二三维位移台22。
本发明中，上述各器件的选型如下：
所述泵浦1的型号为LC96Z600-76，SE321202。
所述波分复用器2的型号为WDM-1-9761030-N-L-1-4。
四个准直器的型号均为Thorlabs，F260APC-1064。
两个λ/4波片的型号均为WPQ05M-1030。
所述λ/2波片5的型号为Thorlabs，WPH05ME-1030。
所述滤光片7的型号为FL051064-3。
所述隔离器9的型号为IO-5-1030-VLP。
所述掺镱光纤功率放大器12的型号为MFAS-Yb-M-LP。
两个分束立方体的型号均为GCC-401132。
两个反射镜的型号均为Thorlabs，PF10-03-P01。
所述一维位移台型号为LSDP-100JS。
三个透镜的型号均为Thorlabs，LB4879-B。
两个三维位移台的型号均为LSDZ-03-01。
所述衰减片15的型号为NDC-50C-2M-B。
所述傅里叶光谱仪25的型号为Thorlabs，OSA202c。
本发明中对各器件的选型仅是示意性的，对其他的选型方案不受限制，只要能实现本 发明中对各器件的功能要求均可。
本发明中，所述泵浦1用于发射1030nm红外飞秒脉冲，测量目标物体20放置于所述的第二三维位移台22上，第一反射镜16放置于所述一维位移台17上，第二透镜19放置 于所述的第一三维位移台21上。本发明利用光谱干涉为基本测量原理，在脉冲光通过分束 立方体后分为参考脉冲光和测量脉冲光，而其各自再带着距离信息形成反射光回到红外分 束立方体中，完成脉冲光的合束，形成干涉。依据干涉所能得到的距离信息，提取出目标 物件的信息，再依据三维位移台的电动位移，从而得到整个测量目标物体的距离信息，从 而得到该目标物体的3D图像。
如图2所示，本发明成像方法的具体步骤如下：
步骤一、泵浦1发出脉冲光，并依次通过波分复用器2、第一准直器3、第一λ/4波片4、λ/2波片5、第一分束立方体6、滤光片7、第二λ/4波片8和隔离器9，从而完成激光器 的稳定锁模输出；具体讲，使用所述的泵浦1发出980nm的红外脉冲光，经过波分复用器 2后，使输出光为1030nm的脉冲光；然后经过第一准直器3，使光再依次通过第一λ/4波 片4、λ/2波片5、第一分束立方体6、滤光片7、第二λ/4波片8、隔离器9，再回到波分复 用器2中，从而形成了环形腔，以保证脉冲光的稳定锁模输出。
步骤二、将通过激光器所发出的稳定飞秒脉冲光通过第二准直器10和第三准直器11 后经过掺镱光纤功率放大器12进行放大。
步骤三、让经过放大的脉冲光通过第四准直器13后打到第二分束立方体14上，从而 形成参考光路和测量光路。即将通过掺镱光纤功率放大器12放大光功率的脉冲光通过第四 准直器13，并通过调节所述第四准直器13的俯仰偏摆，使飞秒脉冲光稳定的射出，将发出 的飞秒脉冲光通过第二分束立方体14，确保两束光等高的射出，从而形成两束脉冲光，分 别为参考光路的参考脉冲光和测量光路的测量脉冲光。实现两束光等高射出的调节过程是： 在测量脉冲光的前端尽量远的地方放置一个靶标；通过调节第二分束立方体14的俯仰偏摆 来进行调节参考光路的高度，通过调节所述第四准直器13的俯仰偏摆来调节测量光路的高 度；即在第二分束立方体14的测量光路出光位置紧贴着放置一个靶标，其靶标中心有一细 小微孔正好可以使光通过，然后将靶标放置较远处位置看光是否还通过中心的微孔，若未 通过则调节第四准直器13的俯仰偏摆从而使光通过中心的微孔，然后再将靶标拿到紧贴第 二分束立方体14的测量光路出光位置处看是否依旧通过中心微孔，若通过，则表示光已经 等高，如若不通过，则再次将靶标放置较远地方进行调节，直到在紧贴第二分束立方体14 的出光位置和在距离测量光路较远处位置都通过中心微孔；然后通过调节第二分束立方体 14的俯仰偏摆来进行调节参考光路的高度，即在参考光路的前进端放置一同高度靶标，确 保光在第二分束立方体14刚分束的时候通过该靶标的中心微孔，再将该靶标在同一高度平 面平移放到尽量远的地方，使光依旧通过该靶标的中心微孔，得到该参考光路的光等高。
步骤四、将通过第二分束立方体14的参考脉冲光经过衰减片15后打到垂直于参考光 路布置的第一反射镜16上，并调节参考光路的光程；同时，让测量脉冲光经过由第一透镜 18和第二透镜19构成的一对透镜完成扩束后，在参考光路光程不变的情况下将测量脉冲光， 打到测量目标物体20上，通过移动所述第二三维位移台22调节测量目标物体20的位置来 进行调整光程，并进行移动成像。具体讲，将通过第二分束立方体14的等高的参考脉冲光 通过所述衰减片15后打到第一反射镜16上，其中衰减片15通过控制参考脉冲光的通过率 来进行调节参考光路的参考脉冲光的功率大小，然后通过调整一维位移台17来调节参考光 路的长短，使测量光路和参考光路形成等臂，从而进行光谱干涉；将通过第二分束立方体 14的测量脉冲光通过第一透镜18和第二透镜19来进行光束的扩束，通过调整第一三维位 移台21来进行调节，使第一透镜18和第二透镜19的焦距在一点上，即第一透镜18与第 二透镜19的距离s为第一透镜焦距f1和第二透镜焦距f2之和，即为s＝f1+f2，完成扩束后， 在参考光路光程不变的情况下，通过调节第二三维位移台22的X轴使测量光路与参考光路 等臂，然后通过调节第二三维位移台的22Y轴和Z两轴来进行测量目标物体20的成像。
步骤五、将打到测量目标物体20上的测量脉冲光和打到第一反射镜16上的参考脉冲 光分别按原路返回至所述第二分束立方体14进行合束，合束完成后依次通过第二反射镜23 和第三透镜24打到傅里叶光谱仪25中。具体过程是，在进行完扩束以后，脉冲光稳定的 打到测量目标物体20上，然后在打到测量目标物体20上的脉冲光按照原路返回了一定强 度的光；参考光路的光在经过第二分束立方体14以后打到垂直于参考光路的第一反射镜16 上，即在第二分束立方体14射出处放置一靶标，确保经过第一反射镜16反射回来的光也 通过同一光阑；测量光路与参考光路的反射光再次进入所述第二分束立方体14从而完成合 束，完成合束的脉冲光打到第二反射镜23上，再经过第三透镜24进行聚焦，使经过第三 透镜的合束脉冲光的焦点打到傅里叶光谱仪25之中；其中，所述第二反射镜23的作用为： 通过调节第二反射镜23的俯仰偏摆来使经过第三透镜24聚焦后的光顺利的打到傅里叶光 谱仪25的采集器上。
步骤六、经过傅里叶光谱仪25的数据采集和傅里叶变换后，得到时间信息，再经过电 脑的后期处理，根据得到的时间信息求出距离信息，而获得的距离信息为两个甚至多个， 根据距离信息记录下来的数据和提前编好的程序从而获得测量目标物体上各个点(如图1 所示，至少具有目标物体第一距离信息点26和目标物体第二距离信息点27)的距离信息后， 然后再依据第二三维位移台的电动位移，可以清楚且快速的得到整个测量目标物体上各个 点的距离信息后，进而得到测量目标物体的3D图像的点云图，从而完成成像。
本发明中，将测量脉冲的光谱表示为：Emea(ω)＝γE(ω)，参考脉冲的光谱表示为： Eref(ω)＝(1-γ)E(ω)；
通过考虑测量光路和参考光路的两臂之间的距离差L以及其空气群折射率ng，可以得 到时间延迟为Δt，所以可以得到的相位延迟为：
因此，可以推出未知距离L为：
同时，由于设备种类因素的不同，尤其光学路程的影响等，所以测量脉冲可以表示为：
参考脉冲可以表示为：E′ref(ω)＝(1-γ)E′(ω)。
因此，可以推出其强度为：
其中，Eref(ω)为参考脉冲的光谱，Emea(ω)为测量脉冲的光谱，E(ω)为光源发出的光 谱，ω为角频率，i为复数，L为距离差，ng为脉冲群折射率，γ为功率因子。c为光速。
而在测量光路之中，因为，目标物体含有多个距离信息，在下式中，假设目标物体里 含有两个距离信息的物理量，通过图3和图4，可以看出具有多个干涉包含在一起。
在测量脉冲E′mea(ω)中，将测量脉冲的两个距离信息光谱分别表示为： Emeas1(ω)＝αE′mea(ω)和Emeas2(ω)＝βE′mea(ω)；
其中，Emeas1(ω)为包含第一个距离信息测量脉冲的光谱，Emeas2(ω)为包含第二个距离信 息测量脉冲的光谱，α与β为功率因子且α＜1，β＜1。τ为测量脉冲与参考脉冲所经过的时间差。由距离公式L＝cτ/(2ng)，其中c为真空中的光速，ng为脉冲的群折射率。在实 验中，由于所处的介质为空气，所以ng可以基本忽略不计，所以在参考脉冲的光谱与测量 脉冲的光谱发生干涉后，可以得到光谱仪的光谱强度。其中，当Emeas1(ω)和Emeas2(ω)相等时，其测量脉冲为最大。
依据光谱仪测得的光谱强度进行傅里叶变换，可以得到其测量的不同时间信息，如图3 所示的光谱仪采集得到的光谱干涉图，图4为进行完傅里叶变换后得到的时域图像。
在得到时域图像后，通过公式ΔL＝c·(τ1-τ2)/2ng＝c·Δτ/(2ng)并结合图中的时间信息 可以计算出所需要距离，从而完成成像。
综上，本发明以飞秒脉冲光谱干涉测量为基本原理对工件等测量目标物体进行测量并 成像，实现了高精度、高稳定性、快速的工件目标物体测量，在测量之中，可以将包含多 个距离信息的物理量进行同时处理，大大加快了处理速度与成像速度，为未来应用于激光 雷达以及无人驾驶等技术做了重要铺垫；同时，本方法可以在水下检测工件磨损等工作以 及在测量工作上和不利条件下成像都发挥了重要的积极作用，具有非接触且高精度的测量 优势。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式， 上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明 的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保 护之内。
Claims (8)
1.一种光学频率梳的工件快速成像方法，所用到的器件有：泵浦(1)、波分复用器(2)、λ/2波片(5)、滤光片(7)、隔离器(9)、掺镱光纤功率放大器(12)、衰减片(15)、一维位移台(17)和傅里叶光谱仪(25)以及四个准直器(3)、两个λ/4波片、两个分束立方体、两个反射镜、三个透镜和两个三维位移台；其中，四个准直器分别记为第一准直器(3)、第二准直器(10)、第三准直器(11)和第四准直器(13)；两个λ/4波片分别记为第一λ/4波片(4)和第二λ/4波片(8)；两个分束立方体分别记为第一分束立方体(6)和第二分束立方体(14)；两个反射镜分别记为第一反射镜(16)和第二反射镜(23)；三个透镜分别记为第一透镜(18)、第二透镜(19)和第三透镜(24)；两个三维位移台分别记为第一三维位移台(21)和第二三维位移台(22)；
其特征在于，所述泵浦(1)用于发射1030nm红外飞秒脉冲，测量目标物体(20)放置于所述的第二三维位移台(22)上，第一反射镜(16)放置于所述一维位移台(17)上，第二透镜(19)放置于所述的第一三维位移台(21)上；
该成像方法包括以下步骤：
步骤一、泵浦(1)发出脉冲光，并依次通过波分复用器(2)、第一准直器(3)、第一λ/4波片(4)、λ/2波片(5)、第一分束立方体(6)、滤光片(7)、第二λ/4波片(8)和隔离器(9)，从而完成激光器的稳定锁模输出；
步骤二、将通过激光器所发出的稳定飞秒脉冲光通过第二准直器(10)和第三准直器(11)后经过掺镱光纤功率放大器(12)进行放大；
步骤三、让经过放大的脉冲光通过第四准直器(13)后打到第二分束立方体(14)上，从而形成参考光路和测量光路；
步骤四、将通过第二分束立方体(14)的参考脉冲光经过衰减片(15)后打到垂直于参考光路布置的第一反射镜(16)上，并调节参考光路的光程；同时，让测量脉冲光经过由第一透镜(18)和第二透镜(19)构成的一对透镜完成扩束后，在参考光路光程不变的情况下将测量脉冲光，打到测量目标物体(20)上，通过移动所述第二三维位移台(22)调节测量目标物体(20)的位置来进行调整光程，并进行移动成像；
步骤五、将打到测量目标物体(20)上的测量脉冲光和打到第一反射镜(16)上的参考脉冲光分别按原路返回至所述第二分束立方体(14)进行合束，合束完成后依次通过第二反射镜(23)和第三透镜(24)打到傅里叶光谱仪(25)中；
步骤六、经过傅里叶光谱仪(25)的数据采集和傅里叶变换，得到时间信息，进而通过数据处理得到距离信息；获得测量目标物体(20)上各个点的距离信息后得到3D图像的点云图，从而完成成像。
2.根据权利要求1所述的光学频率梳的工件快速成像方法，其特征在于，所述泵浦(1)的型号为LC96Z600-76，SE321202；所述波分复用器(2)的型号为WDM-1-9761030-N-L-1-4；四个准直器的型号均为Thorlabs，F260APC-1064；两个λ/4波片的型号均为WPQ05M-1030；所述λ/2波片(5)的型号为Thorlabs，WPH05ME-1030；所述滤光片(7)的型号为FL051064-3；所述隔离器(9)的型号为IO-5-1030-VLP；所述掺镱光纤功率放大器(12)的型号为MFAS-Yb-M-LP；两个分束立方体的型号均为GCC-401132；两个反射镜的型号均为Thorlabs，PF10-03-P01；所述一维位移台型号为LSDP-100JS；三个透镜的型号均为Thorlabs，LB4879-B；两个三维位移台的型号均为LSDZ-03-01；所述衰减片(15)的型号为NDC-50C-2M-B；所述傅里叶光谱仪(25)的型号为Thorlabs，OSA202c。
3.根据权利要求1或2所述的光学频率梳的工件快速成像方法，其特征在于，步骤一中，使用所述的泵浦(1)发出980nm的红外脉冲光，经过波分复用器(2)后，使输出光为1030nm的脉冲光；然后经过第一准直器(3)，使光再依次通过第一λ/4波片(4)、λ/2波片(5)、第一分束立方体(6)、滤光片(7)、第二λ/4波片(8)、隔离器(9)，再回到波分复用器(2)中，从而形成了环形腔，以保证脉冲光的稳定锁模输出。
4.根据权利要求1或2所述的光学频率梳的工件快速成像方法，其特征在于，步骤三中，将通过掺镱光纤功率放大器(12)放大光功率的脉冲光通过第四准直器(13)，并通过调节所述第四准直器(13)的俯仰偏摆，使飞秒脉冲光稳定的射出，将发出的飞秒脉冲光通过第二分束立方体(14)，确保两束光等高的射出，从而形成两束脉冲光，分别为参考光路的参考脉冲光和测量光路的测量脉冲光。
5.根据权利要求4所述的光学频率梳的工件快速成像方法，其特征在于，步骤三中，实现两束光等高射出的调节过程如下：
在测量脉冲光的前端尽量远的地方放置一个靶标；通过调节第二分束立方体(14)的俯仰偏摆来进行调节参考光路的高度，通过调节所述第四准直器(13)的俯仰偏摆来调节测量光路的高度；即在第二分束立方体(14)的测量光路出光位置紧贴着放置一个靶标，其靶标中心有一细小微孔正好可以使光通过，然后将靶标放置较远处位置看光是否还通过中心的微孔，若未通过则调节第四准直器(13)的俯仰偏摆从而使光通过中心的微孔，然后再将靶标拿到紧贴第二分束立方体(14)的测量光路出光位置处看是否依旧通过中心微孔，若通过，则表示光已经等高，如若不通过，则再次将靶标放置较远地方进行调节，直到在紧贴第二分束立方体(14)的出光位置和在距离测量光路较远处位置都通过中心微孔；然后通过调节第二分束立方体(14)的俯仰偏摆来进行调节参考光路的高度，即在参考光路的前进端放置一同高度靶标，确保光在第二分束立方体(14)刚分束的时候通过该靶标的中心微孔，再将该靶标在同一高度平面平移放到尽量远的地方，使光依旧通过该靶标的中心微孔，得到该参考光路的光等高。
6.根据权利要求1或2所述的光学频率梳的工件快速成像方法，其特征在于，步骤四中，将通过第二分束立方体(14)的等高的参考脉冲光通过所述衰减片(15)后打到第一反射镜(16)上，其中衰减片(15)通过控制参考脉冲光的通过率来进行调节参考光路的参考脉冲光的功率大小，然后通过调整一维位移台(17)来调节参考光路的长短，使测量光路和参考光路形成等臂，从而进行光谱干涉；将通过第二分束立方体(14)的测量脉冲光通过第一透镜(18)和第二透镜(19)来进行光束的扩束，通过调整第一三维位移台(21)来进行调节，使第一透镜(18)和第二透镜(19)的焦距在一点上，即第一透镜(18)与第二透镜(19)的距离s为第一透镜焦距f1和第二透镜焦距f2之和，即为s＝f1+f2，完成扩束后，在参考光路光程不变的情况下，通过调节第二三维位移台(22)的X轴使测量光路与参考光路等臂，然后通过调节第二三维位移台的(22)Y轴和Z两轴来进行测量目标物体(20)的成像。
7.根据权利要求1或2所述的光学频率梳的工件快速成像方法，其特征在于，步骤五的具体过程是，在进行完扩束以后，脉冲光稳定的打到测量目标物体(20)上，然后在打到测量目标物体(20)上的脉冲光按照原路返回了一定强度的光；参考光路的光在经过第二分束立方体(14)以后打到垂直于参考光路的第一反射镜(16)上，即在第二分束立方体(14)射出处放置一靶标，确保经过第一反射镜(16)反射回来的光也通过同一靶标；测量光路与参考光路的反射光再次进入所述第二分束立方体(14)从而完成合束，完成合束的脉冲光打到第二反射镜(23)上，再经过第三透镜(24)进行聚焦，使经过第三透镜的合束脉冲光的焦点打到傅里叶光谱仪(25)之中；其中，所述第二反射镜(23)的作用为：通过调节第二反射镜(23)的俯仰偏摆来使经过第三透镜(24)聚焦后的光顺利的打到傅里叶光谱仪(25)的采集器上。
8.根据权利要求1或2所述的光学频率梳的工件快速成像方法，其特征在于，步骤六中，经过傅里叶光谱仪(25)的数据采集和傅里叶变换后，利用电脑进行数据处理，即根据得到的时间信息求出距离信息，根据距离信息记录下来的数据获得测量目标物体(20)上各个点的距离信息后，再依据第二三维位移台(22)的位移，得到整个测量目标物体(20)的距离信息，进而得到测量目标物体(20)的3D图像。
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