CN111609798B - 锁至动态边带的可变合成波长绝对距离测量装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锁定至动态边带的可变合成波长绝对距离测量装置与方法。用由可调时钟源驱动的高频电光相位调制器对单频参考激光进行调制，产生等频率间隔的激光边带；通过偏频锁定技术将可调谐激光器锁定至第五阶边带；锁定后，边带的间隔频率由可调时钟源决定，即动态边带；动态调整可调时钟源的频率，边带的间隔频率与两激光器的频差将随之改变；结合多波长干涉法，所构建的合成波长也由可调时钟源决定，即可变合成波长；动态调整可变合成波长，从大到小连续构建多级二阶合成波长；结合合成波长过渡理论求得待测距离。本发明解决了绝对距离测量中难以从大到小连续精确构建多级合成波长的问题，可以广泛应用于干涉测量技术领域。

Description

锁至动态边带的可变合成波长绝对距离测量装置与方法

技术领域

本发明属于激光干涉测量领域，特别是锁至动态边带的可变合成波长绝对距离测量装置与方法。

背景技术

基于合成波长的多波长干涉法因非模糊距离大、相对精度高等优点，被广泛应用于绝对距离干涉测量领域。多波长干涉法的关键技术是通过多个不同的激光波长来构建合成波长。采用固定波长激光器(如氦氖激光器、碘稳频激光器)的传统方法，需要多个波长就需要多台激光器，导致系统变得复杂，并且合成波长的构建会受限制，难以实现从大到小的级间过渡。采用可调谐激光器的传统方法主要通过对激光二极管的电流进行调制来实现激光波长的调谐，进而实现多个波长。但传统方法中激光波长调谐分辨力不够高，难以精确构建大合成波长，并且调谐范围不够大，难以构建小合成波长；此外，调谐精度不够高并且调谐过程容易受到环境温度等的干扰，导致合成波长稳定性差，测量精度难以提高。

近些年，将可调谐激光器锁定至飞秒光频梳的多波长干涉法提高了频率调谐精度，但飞秒光频梳的梳齿间隔频率通常仅能在MHz量级进行微调，因而要获得不同波长的激光，需要将可调谐激光器锁定至不同的梳齿，构建不同合成波长时需要先解锁后再重新锁定至另一梳齿，合成波长大小由两次锁定时跳过的梳齿数目来确定，频繁地进行锁定与解锁对偏频锁定系统要求极高并且比较耗时，降低了测量效率。此外，受限于光频梳重复频率，这种方法通常仅能构建3m以内的合成波长，难以满足大尺寸绝对距离测量的要求。

所以，如何控制激光器精确地进行频率调谐、如何从大到小连续构建多级合成波长都是需要解决的关键技术问题。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明公开了一种锁至高频电光相位调制器(EOM)动态边带的可变合成波长绝对距离测量装置与方法，本发明解决了多波长干涉法中频率调谐精度低、绝对距离测量中难以从大到小连续精确构建多级合成波长的问题，能广泛应用于干涉测量领域。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一、一种锁至动态边带的可变合成波长绝对距离测量装置：

装置包括参考激光器、第一光纤分束器、高频电光相位调制器、正交光纤合束器、高频放大器、可调时钟源、原子钟、偏频探测及锁定控制器、可调谐激光器、第二光纤分束器、光纤合束器和弦相位调制干涉仪；参考激光器的输出端连接至第一光纤分束器的输入端，第一光纤分束器的输出端分别连接至高频电光相位调制器的一个输入端和正交光纤合束器的一个输入端；可调时钟源的输出端连接至高频放大器的输入端，高频放大器的输出端连接至高频电光相位调制器的另一个输入端，高频电光相位调制器的输出端连接至光纤合束器的输入端；可调谐激光器的输出端连接至第二光纤分束器的输入端，第二光纤分束器的输出端分别连接至光纤合束器的另一个输入端和正交光纤合束器的另一个输入端；光纤合束器的输出端连接到偏频探测及锁定控制器的输入端，偏频锁定控制器的输出端连接至可调谐激光器的输入端；正交光纤合束器的输出端连接至耦合器的输入端；耦合器输出到正弦相位调制干涉仪，原子钟的输出端连接至可调时钟源和偏频探测及锁定控制器的输入端。

参考激光器发出的激光作为参考激光，经第一光纤分束器分为功率比为80:20的两束激光，其中功率占比为20％的一束激光输入至高频电光相位调制器进行调制产生等频率间隔的激光边带，激光边带的频率间隔等于可调时钟源的时钟频率；可调谐激光器发出的激光经第二光纤分束器分为功率比为90:10的两束激光，其中功率占比为10％的一束激光与高频电光相位调制器调制产生的激光边带共同进入光纤合束器进行合光并输入至偏频探测及锁定控制器，偏频探测及锁定控制器产生反馈控制信号到可调谐激光器，将可调谐激光器的激光频率锁定至参考激光的边带；参考激光经第一光纤分束器输出的功率占比为80％的另一束激光与可调谐激光经第二光纤分束器输出的功率占比为90％的另一束激光输入至正交光纤合束器进行合光并传输至耦合器，耦合器输出正交偏振光至正弦相位调制干涉仪测量模块。

所述的正弦相位调制干涉仪包括参考镜、低频电光相位调制器、分光镜、测量镜、偏振分光镜、第一光电探测器、第二光电探测器、第二模数转换器、第一模数转换器和现场可编程门阵列信号处理器；耦合器输出正交线偏振光射向由参考镜、低频电光相位调制器、分光镜、测量镜、偏振分光镜、第一光电探测器、第二光电探测器、第一模数转换器、第二模数转换器和现场可编程门阵列信号处理器组成的正弦相位调制干涉仪测量模块；低频电光相位调制器置于分光镜和参考镜之间的参考臂中；参考激光器和可调谐激光器的干涉信号经第一光电探测器与第二光电探测器探测、第一模数转换器与第二模数转换器采样后进入现场可编程门阵列信号处理器进行相位解调。

耦合器输出的激光中，参考激光为P偏振态，可调谐激光为S偏振态；激光经分光镜后分为透射的测量光与反射的参考光，测量光经测量镜反射后平行地返回分光镜再反射，形成测量光路；参考光经低频电光相位调制器后输入到参考镜，经参考镜反射后平行地返回分光镜再透射，形成参考光路；返回到分光镜的测量光和参考光合光后经偏振分光镜分为透射的P偏振态和反射的S偏振态的两束光，P偏振态的一束光照射到第一光电探测器，S偏振态的一束光照射到第二光电探测器；第一光电探测器和第二光电探测器的输出端分别经各自的第一模数转换器与第二模数转换器连接到现场可编程们阵列信号处理器(FPGA)中进行数据相位解调处理。

二、一种锁至动态边带的可变合成波长绝对距离测量方法：

1)使用高频电光相位调制器对单频的参考激光器输出的激光进行高频正弦相位调制，产生等频率间隔的激光边带，表示如下：

f_EOM＝f₁+k·f_r

其中，f₁表示参考激光器的激光频率，f_r表示高频电光相位调制器的调制频率，k表示调制产生的激光边带的阶数，k＝0,±1,±2,……；

2)可调谐激光器输出的激光与参考激光器经高频电光相位调制器调制后输出的激光边带经光纤合束器合光拍频，通过偏频探测及锁定控制器将可调谐激光器锁定至第N阶激光边带，具体实施中阶数N＝5，可调谐激光器和参考激光器的频率关系表示如下：

f₂＝f₁+f_b

f_b＝Nf_r+f_o

其中，f₂表示可调谐激光器的激光频率，f_b表示可调谐激光器与参考激光器的频差，f_o表示可调谐激光器与第N边带的锁定偏置频率，具体实施中f_o＝20MHz；

对高频电光相位调制器的调制频率f_r进行频率动态调整，产生间隔频率可变的边带即动态边带，后续共进行M次频率动态调整，i表示频率动态调整次数的序号(i＝1,2,3……M)，每次动态调整后高频电光相位调制器调制频率记为f_r[i]，其中f_r[0]表示初始频率；第i次频率动态调整时可调谐激光器与参考激光器的频差计算为：

f_b[i]＝Nf_r[i]+f_o

其中，f_b[i]表示第i次频率动态调整时可调谐激光器与参考激光器的动态频差；

可调谐激光器的频率计算为：

f_2[i]＝f₁+f_b[i]＝f₁+Nf_r[i]+f_o

其中，f_2[i]表示第i次频率动态调整时可调谐激光器的动态频率；

在偏频探测及锁定控制器的闭环控制作用下，对高频电光相位调制器调制频率进行动态调整时，可调谐激光器仍保持与参考激光器的第N阶边带的锁定状态；在动态边带的频率f_r[i]动态调整时，可调谐激光器的激光频率同步进行频率调整并且调整量放大了N倍。

3)使用正交光纤合束器将参考激光器与可调谐激光器的激光合为一束正交线偏振光，入射至正弦相位调制干涉仪测量模块进行绝对距离测量,构建合成波长λ_s[i]，公式如下：

λ_2[i]＝c/f_2[i]，λ₁＝c/f₁

其中，λ₁为参考激光器的激光波长、λ_2[i]为第i次调整高频电光相位调制器调制频率后可调谐激光器的激光波长，c表示真空光速；

合成波长的大小由高频电光相位调制器调制频率f_r[i]决定，每次动态调整高频电光相位调制器的调制频率f_r[i]后，用第i次的合成波长与第i-1次的合成波长来构建二阶合成波长λ_ss[i]，公式如下：

Δf_r[i]＝f_r[i]-f_r[i-1]

其中，Δf_r[i]表示高频电光相位调制器第i次的频率动态调整增量，Δf_r[i]>0；

二阶合成波长的大小由Δf_r[i]决定，即合成波长可变；并且频率动态调整增量越小，二阶合成波长越大，反之频率动态调整增量越大，二阶合成波长越小。进而通过控制频率动态调整增量可以连续构建从km量级至mm量级的二阶合成波长。

此外，动态边带的频率动态调整增量Δf_r[i]溯源至原子钟，保证了所构建的二阶合成波长的稳定性与可溯源性。

4)正弦相位调制干涉仪测量模块中，参考激光器和可调谐激光器的干涉信号分别经两个光电探测器探测后，再经模数转换器采样后进入现场可编程门阵列信号处理器进行相位解调，得到两路干涉信号相位，计算合成波长的相位(即两路干涉信号的相位差)和二阶合成波长的相位分别为：

其中，L表示正弦相位调制干涉仪中测量镜的待测距离，

表示参考激光器的干涉信号相位，

和

分别表示第i次调整高频电光相位调制器调制频率后可调谐激光器的干涉信号相位、合成波长相位和二阶合成波长相位；

5)高频电光相位调制器的调制频率第i＝1次动态调整后，根据二阶合成波长和对应相位求得对应的绝对距离的初测测量结果，公式如下：

高频电光相位调制器调制频率第i次动态调整后，i>1，根据合成波长过渡理论，绝对距离的测量结果表示如下：

其中，int[]表示向上取整；

6)重复完成步骤3)、4)、5)一共进行重复进行M次，完成M次频率动态调整，最终获得测量结果为最后一次的绝对距离L_M。

上述各次的测距结果合并表示公式如下：

本发明在上述方法测量过程中，二阶合成波长不断缩小，测量精度不断提高，最终实现千米量级测量范围内十微米量级精度的大尺寸绝对距离测量。

与背景技术相比，本发明具有的有益效果是：

(1)本发明锁至高频EOM动态边带的可变合成波长构建方法，巧妙运用动态边带实现“频率放大”效应，可以实现从大到小连续构建多级二阶合成波长(千米至毫米量级)，解决了大尺寸绝对距离测量中难以从大到小连续精确构建多级合成波长的问题；

(2)本发明所构建的二阶合成波长直接溯源至原子钟，频率稳定性高，提高了测量精度；

(3)本发明构建可变合成波长的过程中，可调谐激光器始终保持锁定状态，无需锁定解锁的切换过程，节约了频率切换所需的时间，提高了测量效率与稳定性。

综合来说，本发明解决了多波长干涉绝对距离测量方法中频率调谐精度低、难以从大到小连续精确构建多级合成波长的问题，可以广泛应用于干涉测量领域。

附图说明

图1是可调谐激光器锁至参考激光器的动态边带时激光频率关系示意图。

图2是锁至动态边带的可变合成波长绝对距离测量装置与方法原理框图。

图中：1、参考激光器，2、第一光纤分束器，3、高频电光相位调制器(EOM)，4、正交光纤合束器，5、耦合器，6、参考镜，7、低频电光相位调制器(EOM)，8、分光镜，9、测量镜，10、高频放大器，11、可调时钟源，12、原子钟，13、偏频探测及锁定控制器，14、可调谐激光器，15、第二光纤分束器，16、光纤合束器，17、偏振分光镜，18、第一光电探测器，19、第二光电探测器，20、第二模数转换器，21、第一模数转换器，22、现场可编程门阵列信号处理器(FPGA)。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图2所示，本发明具体实施的装置包括参考激光器1、第一光纤分束器2、高频电光相位调制器3、正交光纤合束器4、高频放大器10、可调时钟源11、原子钟12、偏频探测及锁定控制器13、可调谐激光器14、第二光纤分束器15、光纤合束器16和弦相位调制干涉仪。

参考激光器1的输出端连接至第一光纤分束器2的输入端，第一光纤分束器2的输出端分别连接至高频电光相位调制器3的一个输入端和正交光纤合束器4的一个输入端；可调时钟源11的输出端连接至高频放大器10的输入端，高频放大器10的输出端连接至高频电光相位调制器3的另一个输入端，高频电光相位调制器3的输出端连接至光纤合束器16的输入端；可调谐激光器14的输出端连接至第二光纤分束器15的输入端，第二光纤分束器15的输出端分别连接至光纤合束器16的另一个输入端和正交光纤合束器4的另一个输入端；光纤合束器16的输出端连接到偏频探测及锁定控制器13的输入端，偏频锁定控制器13的输出端连接至可调谐激光器14的输入端；正交光纤合束器4的输出端连接至耦合器5的输入端；耦合器5输出到正弦相位调制干涉仪，原子钟12的输出端连接至可调时钟源11和偏频探测及锁定控制器13的输入端。

参考激光器1发出的激光作为参考激光，经第一光纤分束器2分为功率比为80:20的两束激光，其中功率占比为20％的一束激光输入至高频电光相位调制器3进行调制产生等频率间隔的激光边带，激光边带的频率间隔等于可调时钟源11的时钟频率；可调谐激光器14发出的激光经第二光纤分束器15分为功率比为90:10的两束激光，其中功率占比为10％的一束激光与高频电光相位调制器3调制产生的激光边带共同进入光纤合束器16进行合光并输入至偏频探测及锁定控制器13，偏频探测及锁定控制器13产生反馈控制信号到可调谐激光器14，将可调谐激光器14的激光频率锁定至参考激光的特定边带。参考激光经第一光纤分束器2输出的功率占比为80％的另一束激光与可调谐激光14经第二光纤分束器15输出的功率占比为90％的另一束激光输入至正交光纤合束器4进行合光并传输至耦合器5，耦合器5输出正交偏振光至正弦相位调制干涉仪测量模块。

正弦相位调制干涉仪包括参考镜6、低频电光相位调制器7、分光镜8、测量镜9、偏振分光镜17、第一光电探测器18、第二光电探测器19、第二模数转换器20、第一模数转换器21和现场可编程门阵列信号处理器22；耦合器5输出正交线偏振光射向由参考镜6、低频电光相位调制器7、分光镜8、测量镜9、偏振分光镜17、第一光电探测器18、第二光电探测器19、第一模数转换器21、第二模数转换器20和现场可编程门阵列信号处理器22组成的正弦相位调制干涉仪测量模块；低频电光相位调制器7置于分光镜8和参考镜6之间的参考臂中；参考激光器1和可调谐激光器14的干涉信号经第一光电探测器18与第二光电探测器19探测、第一模数转换器21与第二模数转换器20采样后进入现场可编程门阵列信号处理器22进行相位解调。其中，正弦相位调制干涉仪测量模块包括分光镜、参考镜、低频EOM、测量镜、偏振分光镜、第一光电探测器、第二光电探测器、第一模数转换器、第二模数转换器和现场可编程门阵列信号处理器(FPGA)。

耦合器5输出的激光中，参考激光为P偏振态，可调谐激光为S偏振态；激光经分光镜8后分为透射的测量光与反射的参考光，参考激光发生反射，可调谐激光发生透射，测量光经测量镜9反射后平行地返回分光镜再反射，形成测量光路；参考光经低频电光相位调制器7后输入到参考镜6，经参考镜6反射后平行地返回分光镜8再透射，形成参考光路；返回到分光镜8的测量光和参考光分别经反射和透射过分光镜8合光后经偏振分光镜17分为透射的P偏振态和反射的S偏振态的两束光，P偏振态的一束光照射到第一光电探测器18，S偏振态的一束光照射到第二光电探测器19；第一光电探测器18和第二光电探测器19的输出端分别经各自的第一模数转换器21与第二模数转换器20连接到现场可编程们阵列信号处理器(FPGA)中进行数据相位解调处理。

具体实施中，原子钟为可调时钟源和偏频探测及锁定控制器提供频率为10MHz的参考时钟。

实施例过程如下：

原子钟12为可调时钟源11和偏频探测及锁定控制器13提供频率为10MHz的参考时钟；参考激光器1发出的激光经第一光纤分束器2分为功率比为80:20的两束激光，其中功率比为20％的激光输入至高频电光相位调制器3进行调制产生等频率间隔的激光边带，激光边带的频率间隔等于可调时钟源11的时钟频率；则激光边带的频率可以表示如下：

f_EOM＝f₁+k·f_r (1)

其中，f₁表示参考激光器1的激光频率，f_r＝12GHz表示高频电光相位调制器3的调制频率(即可调时钟源的频率)，k表示调制产生的激光边带的阶数(k＝0,±1,±2…)。

可调谐激光器14发出的激光经第二光纤分束器15分为功率比为90:10的两束激光，第二光纤分束器15输出的功率比为10％的激光与高频电光相位调制器3调制产生的激光边带共同进入光纤合束器16进行合光并输入至偏频探测及锁定控制器13，偏频探测及锁定控制器13产生反馈控制信号到可调谐激光器14，将可调谐激光器14的激光频率锁定至参考激光1的第N阶边带(N＝5)。则两激光器的频率关系可表示如下：

f₂＝f₁+f_b (2)

其中，f₂表示可调谐激光器14的激光频率，f_b为可调谐激光器14与参考激光器1的频差,公式如下：

f_b＝Nf_r+f_o (3)

其中，f_o＝20MHz表示可调谐激光器14与第N边带的锁定偏置频率。

通过改变可调时钟源11的输出频率f_r对高频电光相位调制器的调制频率进行动态调整，产生间隔频率不同的边带，即动态边带；一共进行M次频率动态调整，i表示动态调整序号(i＝1,2,3……M)，每次动态调整时可调时钟源11的频率记为f_r[i]，其中f_r[0]表示初始频率；第i次动态调整时，可调谐激光器14与参考激光器1的动态频差f_b[i]表示为：

f_b[i]＝Nf_r[i]+f_o (4)

则可调谐激光器14的动态频率f_2[i]表示为：

f_2[i]＝f₁+f_b[i]＝f₁+Nf_r[i]+f_o (5)

如图1所示为第i次动态调整前后，可调谐激光器锁至参考激光器的动态边带时激光频率关系示意图，即对公式(5)的进一步描述。在偏频探测及锁定控制器13的闭环控制作用下，控制可调时钟源11对高频电光相位调制器3的调制频率进行动态调节，可调谐激光器14将保持与参考激光器1的第N阶边带的锁定状态，形成频率传输链，建立了激光频差f_r[i]与可调时钟源11(射频微波频率)的关系并溯源至原子钟12，即公式(5)恒成立。因此，在动态边带的间隔频率f_r[i]动态调整时，可调谐激光器14的激光频率同步进行频率调整并且调整量放大了N倍(N＝5)；即锁定至动态边带可起到频率放大作用，理论上锁定的阶数越大，频率放大作用越强。使用正交光纤合束器4将参考激光器1与可调谐激光器14的激光合为一束正交光，入射至正弦相位调制干涉仪测量模块进行绝对距离测量,构建合成波长，公式如下：

其中，λ₁＝c/f₁为参考激光器1的激光波长、λ_2[i]＝c/f_2[i]为第i次调整高频EOM调制频率后可调谐激光器14，c表示真空光速；显然，合成波长大小由可调时钟源11的频率f_r[i]决定，每次动态调整可调时钟源11的频率后，都用第i次的合成波长λ_2[i]与第i-1次的合成波长λ_2[i-1]来构建二阶合成波长，公式如下：

其中，Δf_r[i]＝f_r[i]-f_r[i-1]表示可调时钟源11的第i次频率动态调整增量(Δf_r[i]>0)，则二阶合成波长大小由可调时钟源11的频率动态调整增量决定，即可变合成波长；并且频率动态调整增量越小，二阶合成波长越大，反之频率动态调整增量越大，二阶合成波长越小。进而通过控制频率增量可以连续构建从km量级至mm量级的二阶合成波长；此外，动态边带的频率动态调整增量Δf_r[i]溯源至原子钟12，保证了所构建的二阶合成波长的稳定性与可溯源性。

正弦相位调制干涉仪测量模块中，现场可编程门阵列信号处理器22解调得到两路干涉信号的相位分别表示如下：

其中，L表示测量镜的待测距离，

表示参考激光器的干涉信号相位，

表示第i次调整高频EOM调制频率后可调谐激光器的干涉信号相位；则合成波长(λ_s[i])相位可表示为：

则二阶合成波长相位可表示为：

可调时钟源11第1次(i＝1)频率动态调整后，根据二阶合成波长和对应相位可求得对应的绝对距离测量的初测结果，公式如下：

可调时钟源11第i次(i>1)频率动态调整后，根据合成波长过渡理论，测距结果可表示如下：

其中，int[]表示向上取整；重复完成步骤(3)、(4)、(5)一共进行M次(M＝5)，最终的测量结果为L_M；公式(12)与公式(13)可合并表示如下：

表1所示，为每次可调时钟源11的频率增量以及对应二阶合成波长与预测精度；显然，二阶合成波长最大为2400m(i＝1)，可满足1200m范围内的大尺寸绝对距离测量的需求；在二阶合成波长过渡过程中(i＝2,3……M)，每次的绝对测量范围(等于λ_s[i]/2)不断缩小，测量精度不断提高，最终实现千米量级测量范围内微米量级精度的大尺寸绝对距离测量。假定相对鉴相精度为0.50％，则最终测量精度(或分辨力)约为30.00μm，对应相对精度约为2.5*10^-8。

表1级间过渡与测量精度

综上可见，本发明基于动态边带技术实现的可变合成波长技术可以连续从大到小连续构建多级二阶合成波长(千米至毫米量级)，解决了绝对距离测量中难以精确从大到小连续构建多级合成波长的问题；并且测量激光均锁定至飞秒光频梳，所构建的二阶合成波长可直接溯源至原子钟，频率稳定性高，提高了测量精度；此外，可变合成波长生成过程中，激光器始终保持锁定状态，无需锁定解锁的切换过程，节约了频率切换所需的时间，提高了测量效率与稳定性。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种锁至动态边带的可变合成波长绝对距离测量方法，其特征在于：

可变合成波长绝对距离测量装置包括参考激光器(1)、第一光纤分束器(2)、高频电光相位调制器(3)、正交光纤合束器(4)、高频放大器(10)、可调时钟源(11)、原子钟(12)、偏频探测及锁定控制器(13)、可调谐激光器(14)、第二光纤分束器(15)、光纤合束器(16)和弦相位调制干涉仪；参考激光器(1)的输出端连接至第一光纤分束器(2)的输入端，第一光纤分束器(2)的输出端分别连接至高频电光相位调制器(3)的一个输入端和正交光纤合束器(4)的一个输入端；可调时钟源(11)的输出端连接至高频放大器(10)的输入端，高频放大器(10)的输出端连接至高频电光相位调制器(3)的另一个输入端，高频电光相位调制器(3)的输出端连接至光纤合束器(16)的输入端；可调谐激光器(14)的输出端连接至第二光纤分束器(15)的输入端，第二光纤分束器(15)的输出端分别连接至光纤合束器(16)的另一个输入端和正交光纤合束器(4)的另一个输入端；光纤合束器(16)的输出端连接到偏频探测及锁定控制器(13)的输入端，偏频锁定控制器(13)的输出端连接至可调谐激光器(14)的输入端；正交光纤合束器(4)的输出端连接至耦合器(5)的输入端；耦合器(5)输出到正弦相位调制干涉仪，原子钟(12)的输出端连接至可调时钟源(11)和偏频探测及锁定控制器(13)的输入端；

方法应用于可变合成波长绝对距离测量装置，包括如下步骤：

1)使用高频电光相位调制器(3)对单频的参考激光器(1)输出的激光进行高频正弦相位调制，产生等频率间隔的激光边带，表示如下：

f_EOM＝f₁+k·f_r

其中，f₁表示参考激光器(1)的激光频率，f_r表示高频电光相位调制器(3)的调制频率，k表示调制产生的激光边带的阶数，k＝0,±1,±2,……；

2)可调谐激光器(14)输出的激光与参考激光器(1)经高频电光相位调制器(3)调制后输出的激光边带经光纤合束器(16)合光拍频，通过偏频探测及锁定控制器(13)将可调谐激光器(14)锁定至第N阶激光边带，可调谐激光器(14)和参考激光器(1)的频率关系表示如下：

f₂＝f₁+f_b

f_b＝Nf_r+f_o

其中，f₂表示可调谐激光器(14)的激光频率，f_b表示可调谐激光器(14)与参考激光器(1)的频差，f_o表示可调谐激光器(14)与第N边带的锁定偏置频率；

对高频电光相位调制器(3)的调制频率f_r进行频率动态调整，产生间隔频率可变的边带即动态边带，后续共进行M次频率动态调整，i表示频率动态调整次数的序号(i＝1,2,3……M)，每次动态调整后高频电光相位调制器(3)调制频率记为f_r[i]，其中f_r[0]表示初始频率；第i次频率动态调整时可调谐激光器(14)与参考激光器(1)的频差计算为：

f_b[i]＝Nf_r[i]+f_o

其中，f_b[i]表示第i次频率动态调整时可调谐激光器(14)与参考激光器(1)的动态频差；

可调谐激光器(14)的频率计算为：

f_2[i]＝f₁+f_b[i]＝f₁+Nf_r[i]+f_o

其中，f_2[i]表示第i次频率动态调整时可调谐激光器(14)的动态频率；

3)使用正交光纤合束器(4)将参考激光器(1)与可调谐激光器(14)的激光合为一束正交线偏振光，入射至正弦相位调制干涉仪测量模块进行绝对距离测量,构建合成波长λ_s[i]，公式如下：

λ_2[i]＝c/f_2[i]，λ₁＝c/f₁

其中，λ₁为参考激光器(1)的激光波长、λ_2[i]为第i次调整高频电光相位调制器(3)调制频率后可调谐激光器的激光波长，c表示真空光速；

合成波长的大小由高频电光相位调制器(3)调制频率f_r[i]决定，每次动态调整高频电光相位调制器(3)的调制频率f_r[i]后，用第i次的合成波长与第i-1次的合成波长来构建二阶合成波长λ_ss[i]，公式如下：

Δf_r[i]＝f_r[i]-f_r[i-1]

其中，Δf_r[i]表示高频电光相位调制器(3)第i次的频率动态调整增量，Δf_r[i]>0；

4)正弦相位调制干涉仪测量模块中，参考激光器(1)和可调谐激光器(14)的干涉信号分别经两个光电探测器(18、19)探测后，再经模数转换器(20、21)采样后进入现场可编程门阵列信号处理器(22)进行相位解调，得到两路干涉信号相位，计算合成波长的相位和二阶合成波长的相位分别为：

其中，L表示正弦相位调制干涉仪中测量镜(9)的待测距离，

表示参考激光器的干涉信号相位，

和

分别表示第i次调整高频电光相位调制器(3)调制频率后可调谐激光器的干涉信号相位、合成波长相位和二阶合成波长相位；

5)高频电光相位调制器(3)的调制频率第i＝1次动态调整后，根据二阶合成波长和对应相位求得对应的绝对距离的初测测量结果，公式如下：

高频电光相位调制器(3)调制频率第i次动态调整后，i>1，根据合成波长过渡理论，绝对距离的测量结果表示如下：

其中，int[]表示向上取整；

6)重复完成步骤3)、4)、5)一共进行重复进行M次，最终获得测量结果为最后一次的绝对距离L_M。

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