CN113865479A - 基于频分复用的多波长干涉绝对距离测量装置与方法 - Google Patents

基于频分复用的多波长干涉绝对距离测量装置与方法 Download PDF

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CN113865479A CN202111025674.3A CN202111025674A CN113865479A CN 113865479 A CN113865479 A CN 113865479A CN 202111025674 A CN202111025674 A CN 202111025674A CN 113865479 A CN113865479 A CN 113865479A
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严利平
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Abstract

本发明公开了一种基于频分复用的多波长干涉绝对距离测量装置与方法。光源模块I连接到干涉测量模块II，干涉测量模块II输出干涉信号至信号处理模块III，信号处理模块III输出调制信号至光源模块I；激光器发出激光经电光相位调制器后由光纤耦合器合光后输入至干涉测量模块，经偏振分光镜发生反射和透射，垂直偏振光被反射后射向参考角锥棱镜，经反射后回偏振分光镜再反射；水平偏振光被偏振分光镜透射后射向测量角锥棱镜，经反射后回偏振分光镜再透射；合光后在偏振片处发生干涉，被光电探测器探测并发送至信号处理模块。本发明光路结构简单、测量精度高，可用于高端装备制造、精密计量等领域。

Description

基于频分复用的多波长干涉绝对距离测量装置与方法
技术领域
本发明属于激光干涉绝对距离测量技术领域的一种距离测量装置和方法，具体涉及到一种基于频分复用的多波长干涉绝对距离测量装置与方法。
背景技术
多波长干法绝对距离测量是最早被提出、应用最为广泛的绝对测距技术，它是利用多个不同波长的激光对同一待测距离进行测量，根据多波长的条纹尾数确定待测距离，或通过构建一系列从大到小的合成波长链，逐级求解被测距离使之逼近真值。利用多波长干涉法实现大范围、高精度距离测量的关键问题除了构建频率稳定的多波长激光光源，还包括多波长对应干涉相位的精确解调。目前常用的多波长干涉相位解调方法包括外差法、超外差法、零差法等，为了分离出不同波长对应的干涉信号，主要采用两种信号探测方式：一种是多波长干涉相位分时探测，即多波长光源依次进行距离测量，分时探测和解调同一待测距离下不同波长对应的干涉相位，这种方式易实现，但测量速度慢、多波长相位测量不同步，测量过程中机械振动或环境干扰引起的目标漂移需要额外的监测干涉仪进行监测补偿；另一种是多波长干涉相位同步探测，一般是利用光栅等分光器件将多个波长的干涉光波进行空间分离，再使用多个探测器分别探测，这种方式可实现多个波长对应干涉相位的同步解调，但多个探测器对应的机械振动不同步会引入合成波长相位测量误差。
发明内容
针对现有方法中的不足，本发明的目的在于提供一种基于频分复用的多波长干涉绝对距离测量装置与方法。使用电光相位调制器(电光相位调制器)对多波长激光光源以不同的频率进行正弦相位调制，多波长合光光束经迈克尔逊干涉仪得到频分复用多波长干涉信号，采用相位生成载波(PGC)解调方法，从干涉信号中同时提取各波长对应的干涉相位，利用多波长干涉法实现绝对距离精确测量，可用于高端装备制造、精密计量等领域。
本发明解决其技术问题所采用的具体技术方案是：
一、一种基于频分复用的多波长干涉绝对距离测量装置：
装置包括光源模块、干涉测量模块和信号处理模块；光源模块的输出端连接到干涉测量模块的输入端，干涉测量模块输出干涉信号至信号处理模块，信号处理模块输出调制信号至光源模块。
所述的光源模块包括多个激光器、多个电光相位调制器、光纤耦合器和光纤准直器；多个激光器发出各自的激光，经各自的电光相位调制器相位调制后由光纤耦合器合光后通过激光准直器输出多波长激光进而输入至干涉测量模块；
所述的干涉测量模块包括偏振分光镜、参考角锥棱镜、测量角锥棱镜、偏振片和光电探测器；多波长激光经过偏振分光镜发生反射和透射，多波长激光中的垂直偏振光被偏振分光镜反射后射向参考角锥棱镜，经参考角锥棱镜的反射后回到偏振分光镜再反射；多波长激光中的水平偏振光被偏振分光镜透射后射向测量角锥棱镜，经测量角锥棱镜的反射后回到偏振分光镜再透射；回到偏振分光镜再透射的光和再反射的光合光后，入射到偏振片处发生干涉，干涉光被光电探测器探测获得干涉信号；
所述的信号处理模块包括信号处理板、高压放大器和计算机；光电探测器和信号处理板电连接，信号处理板分别和高压放大器和计算机连接，高压放大器和光源模块的各个电光相位调制器连接。
所述电光相位调制器中电光晶体的光轴方向和激光器输出激光的偏振方向之间的夹角为45°，偏振片的偏振化方向与激光器输出激光的偏振方向相同。
所述的测量角锥棱镜和待测物体固定连接。
多个激光器发出不同波长的激光，在激光准直器处合光。
二、一种基于频分复用的多波长干涉绝对距离测量方法：
所述方法的步骤如下：
第i个激光器输出的激光波长为λi，对第i电光相位调制器加载的调制信号表示为Vi(t)＝Aicosωit，其中Ai和ωi分别为第i电光相位调制器加载的调制信号的幅值和角频率；
第i个激光器输出的激光波长入射至第i电光相位调制器后在第i电光相位调制器内部分解为非寻常光(e光)和寻常光(o光)，由调制信号Vi(t)引起的非寻常光的调制相位
Figure BDA0003243306290000021
和寻常光的调制相位
Figure BDA0003243306290000022
为：
Figure BDA0003243306290000023
其中，Vπei和Vπoi分别为激光波长λi对应的非寻常光和寻常光的相位调制半波电压；
第i个激光器的调制光被偏振分光镜透射和反射，平行偏振光(对应o光)和垂直偏振光(对应e光)分别进入干涉仪的测量臂和参考臂，因电光晶体对o光和e光的相位调制深度不同，由第i电光相位调制器引起的第i激光器对应干涉仪的调制相位为：
Figure BDA0003243306290000031
其中，zi是第i个激光器在装置中对应干涉仪的相位调制深度。
由此获得后续1)和5)中的第i个激光器在装置中对应干涉仪的相位调制深度zi计算为：
zi＝(1/Vπoi-1/Vπei)Aiπ
其中，Vπei和Vπoi分别为激光波长λi对应的非寻常光和寻常光的相位调制半波电压，Ai为第i电光相位调制器加载的调制信号的幅值。
1)通过光电探测器探测得到的干涉信号为多个波长对应干涉信号的叠加，即频分复用多波长干涉信号S(t)：
Figure BDA0003243306290000032
其中，Si为干涉信号的幅值，N为激光器的个数，i表示激光器的序号，i＝1,2,…,N，L表示待测距离，ni为激光波长λi对应的空气折射率，
Figure BDA0003243306290000033
为第i个激光器在装置中对应干涉仪的由L引起的干涉相位，
Figure BDA0003243306290000034
J2k(zi)和J2k-1(zi)分别为偶数阶贝塞尔函数和奇数阶贝塞尔函数，J0(zi)为零阶贝塞尔函数，k为正整数参数；zi是第i个激光器在装置中对应干涉仪的相位调制深度；
2)数字频率合成器产生载波信号cosωi(t)及其二倍频cos2ωi(t),同时产生每个激光器对应的角频率为ωi(t)的正弦调制信号加载到各自的电光相位调制器中；
频分复用多波长干涉信号S(t)分别通过第一乘法器和第二乘法器与数字频率合成器产生的载波信号cosωi(t)及其二倍频cos2ωi(t)相乘，再分别通过第一低通滤波器和第二低通滤波器滤除载波信号的基频及高次谐波信号，得到一对关于待解调相位
Figure BDA0003243306290000035
的正交信号：
Figure BDA0003243306290000041
其中，LPF[]表示低通滤波操作，
Figure BDA0003243306290000045
表示t时刻的干涉相位；
3)根据相位调制深度zi获得相位调制深度zi下的一阶贝塞尔函数J1(zi)和二阶贝塞尔函数J2(zi)的值，将正交信号通过除法器相除再通过反正切运算器，同时得到各激光波长对应的干涉相位，表示为：
Figure BDA0003243306290000042
4)设多个激光器发出各自激光的波长分别满足λ1>λ2>…>λN，计算第1级合成波长λS1对应的干涉相位
Figure BDA0003243306290000046
得到第1级合成波长对应的测量距离为：
Figure BDA0003243306290000043
λS1＝λ1λ2/(λ1-λ2)
其中，floor()表示向下取整，nS1为第1级合成波长λS1对应的空气折射率，L0表示初测距离，距离初测不确定度满足u(L0)<λS1/4，u()表示不确定度函数；
同理，除了第1级合成波长以外的其他第i级合成波长λSi对应的测量距离为：
Figure BDA0003243306290000044
λSi＝λ1λi+1/(λ1-λi+1)
其中，
Figure BDA0003243306290000047
Φi表示第i级合成波长对应的干涉相位，nSi为第i级合成波长λSi对应的空气折射率，第i-1级合成波长对应的距离测量不确定度满足u(Li-1)<λSi/4。
所述1)中，每个激光器的激光波长的调制频率及其谐频不与其它任一波长的调制频率及谐频重叠，使得多波长相位调制频率的选择满足如下关系，能够避免频率混叠：
αωi≠βωj,α＝1,2,...,[zi+1]；β＝1,2,...,[zj+1]；i,j＝1,2,...,N；i≠j.
其中，α、β分别表示第一、第二频率的倍数，ωi和ωj分别表示第i电光相位调制器和第j电光相位调制器加载的调制信号的角频率，N表示激光器的总数，[]表示向上取整；
当贝塞尔函数的阶数大于zi+1时，边频信号的幅度小于未调制信号幅度的10％，即[zi+1]级以上边频信号的功率小于未调制信号的1％，忽略不计为零。
所述2)中，第一低通滤波器和第二低通滤波器的截止频率ωL的选择满足如下条件：
ωL＜min{ωi,|βωj-ωi|,|βωj-2ωi|},(i,j＝1,2,...,N；i≠j；β＝1,2,...,[zj+1])
其中，min{}表示取最小值，||表示取绝对值。
由此获得所述1)和5)中的第i个激光器在装置中对应干涉仪的相位调制深度zi计算为：
zi＝(1/Vπoi-1/Vπei)Aiπ
其中，Vπei和Vπoi分别为激光波长λi对应的非寻常光和寻常光的相位调制半波电压，Ai为第i电光相位调制器加载的调制信号的幅值。
本发明特殊地设置了多个波长的调制频率的选择关系以及低通滤波器的截止频率的选择，实现了频分复用多波长干涉信号中多个波长对应相位的同步解调。
本发明具有的有益效果是：
(1)频分复用多波长干涉信号使用一个探测器探测得到，直接避免了多波长干涉光波的分光问题，简化了光路结构，且可构建的合成波长大小不再受分光器件分光能力的限制；
(2)基于频分复用的多波长干涉相位同步解调方法消除了机械振动和环境干扰对多波长干涉相位同步性的影响，提高了合成波长干涉相位解调精度，进而提高了绝对距离测量精度。
附图说明
图1是基于频分复用的多波长干涉绝对距离测量装置图。
图2是信号处理板中的PGC相位解调过程图。
图中：1、第一激光器，2、第二激光器，3、第三激光器，4、第一电光相位调制器，5、第二电光相位调制器，6、第三电光相位调制器，7、3×1光纤耦合器，8、光纤准直器，9、偏振分光器，10、参考角锥棱镜，11、测量角锥棱镜，12、偏振片，13、光电探测器，14、信号处理板，15、高压放大器，16、计算机、17、数字频率合成器(DDS)、18、第一乘法器，19、第二乘法器，20、第一低通滤波器，21、第二低通滤波器，22、除法器，23、反正切运算器。
具体实施方式
下面结合附图1、附图2和实施例对本发明加以详细说明。
如图1所示，包括光源模块I、干涉测量模块II和信号处理模块III；光源模块I的输出端连接到干涉测量模块II的输入端，干涉测量模块II输出干涉信号至信号处理模块III，信号处理模块III输出调制信号反馈至光源模块I。
光源模块I包括三个激光器、三个电光相位调制器(EOM)、3×1光纤耦合器7和光纤准直器8；三个激光器分别为第一激光器1、第二激光器2、第三激光器3，三个电光相位调制器分别为第一电光相位调制器4、第二电光相位调制器5、第三电光相位调制器6。第一激光器1、第二激光器2、第三激光器3发出各自的激光，经各自的第一电光相位调制器4、第二电光相位调制器5、第三电光相位调制器6相位调制后由3×1光纤耦合器7合光后通过激光准直器8输出多波长干涉光，作为多波长干涉的光源进而输入至干涉测量模块II。
干涉测量模块II包括偏振分光镜9、参考角锥棱镜10、测量角锥棱镜11、偏振片12和光电探测器13；测量角锥棱镜11和待测物体固定连接，多波长干涉光经过偏振分光镜9发生反射和透射，偏振分光镜9反射后形成垂直偏振光后射向参考角锥棱镜10，经参考角锥棱镜10的反射后回到偏振分光镜9再透射；偏振分光镜9透射后形成水平偏振光被偏振分光镜9透射后射向测量角锥棱镜11，经测量角锥棱镜11的反射后回到偏振分光镜9再透射；回到偏振分光镜9再透射的光和再反射的光合光后，入射到偏振片12处发生干涉，干涉光被光电探测器13探测获得干涉信号。第一激光器1、第二激光器2、第三激光器3发出不同波长的激光，在激光准直器8处形成多波长干涉。
信号处理模块III包括信号处理板14、高压放大器15和计算机16；光电探测器13和信号处理板14电连接，信号处理板14分别和高压放大器15和计算机16连接，高压放大器15和光源模块I的各个电光相位调制器连接。
电光相位调制器中电光晶体的光轴方向和激光器输出激光的偏振方向之间的夹角为45°，偏振片12的偏振化方向与激光器输出激光的偏振方向相同。
信号处理板14以FPGA为核心，搭载多通道AD和DA，光电探测器13输出的干涉信号经信号处理板14中的AD采集后，根据PGC解调过程通过FPGA运算得到多波长干涉相位并传输至计算机16，计算机16根据多波长干涉相位计算得待测距离；信号处理板14中的DA输出三个不同频率的正弦调制信号，经高压放大器15放大后分别输入至多个电光相位调制器进行激光相位调制。
具体实施中，第一激光器1、第二激光器2和第三激光器3均采用美国New Focus公司的TLB6700型可调谐半导体激光器，三台激光器输出的波长分别为λ1＝780nm，λ2＝779.8479nm和λ3＝770nm。第一电光相位调制器4、第二电光相位调制器5和第三电光相位调制器6均采用美国Thorlabs公司的EO-PM-NR-C1型电光相位调制器，对应的相位调制频率分别为ω1＝250kHz，ω2＝300kHz和ω3＝350kHz，相位调制深度为z1≈z2＝2.2rad，z3＝2.24rad。光电探测器采用美国Thorlabs公司的PDA36A2型硅探测器，信号处理板14采用上海卫迪通信技术有限公司的MFSS6842型四通道AD采样DA回放信号处理板，高压放大器15采用美国Thorlabs公司HVA200型高压放大器，放大倍数为20，具有±200V电压输出范围和1MHz带宽，计算机16采用惠普公司的Pro4500台式机。
本发明基于频分复用的多波长干涉绝对距离测量方法的具体实施步骤如下：
1)对第一电光相位调制器4加载调制信号V1(t)＝A1cos(ω1t)，其中调制信号角频率ω1＝250kHz，调制信号的幅值A1＝160V为信号处理板14中DA的输出电压经高压放大器15放大后的结果；所用电光相位调制器在780nm对应的e光和o光的半波电压分别为Vπe1＝156V和Vπo1＝500V，V1(t)引起的e光和o光的调制相位为：
Figure BDA0003243306290000071
2)第一电光相位调制器4的调制光被偏振分光镜9透射和反射，平行偏振光(o光)和垂直偏振光(e光)分别进入干涉仪的测量臂和参考臂，因电光晶体对o光和e光的相位调制深度不同，由第一电光相位调制器4引起的第一激光器1对应干涉仪的调制相位为
Figure BDA0003243306290000072
其中z1＝(1/Vπo1-1/Vπe1)A1π＝2.2rad为第一激光器1对应干涉仪的相位调制深度。同理，对第二电光相位调制器5和第三电光相位调制器6分别加载调制信号V2(t)＝A2cosω2t和V3(t)＝A3cosω3t，其中ω2＝300kHz，ω3＝350kHz，A2＝A3＝160V，由电光相位调制器引起的第二激光器和第三激光器对应干涉仪的调制相位分别为：
Figure BDA0003243306290000073
Figure BDA0003243306290000074
其中，z2＝2.2rad和z3＝2.24rad分别为第二激光器和第三激光器对应干涉仪的相位调制深度。
3)使用光电探测器13探测得到的干涉信号为多个波长对应干涉信号的叠加，即频分复用多波长干涉信号：
Figure BDA0003243306290000081
其中，Si(i＝1,2,3)为干涉信号的幅值，L为待测距离，ni为λi对应的空气折射率，
Figure BDA0003243306290000084
为波长为λi的干涉仪对应的由L引起的干涉相位，J2k(zi)和J2k-1(zi)分别为偶数阶和奇数阶贝塞尔函数，J0(zi)为零阶贝塞尔函数。当贝塞尔函数的阶数大于zi+1时，边频信号的幅度小于未调制信号幅度的10％，即[zi+1]级以上边频信号的功率小于未调制信号的1％，可忽略不计。实施例中，z1≈z2＝2.2rad，z3＝2.24rad，故大于3阶的边频信号忽略不计。
对于实施例中选择的多波长激光相位调制频率：ω1＝250kHz，ω2＝300kHz，ω3＝350kHz，干涉信号S(t)中包含的频率分量如表1所示：
表1干涉信号S(t)中包含的频率分量
Figure BDA0003243306290000082
显然，多波长相位调制频率的选择满足如下关系：
αω1≠βω2≠γω3,(α,β,γ＝1,2,3)
干涉信号中不会出现频率混叠现象。
4)频分复用多波长干涉信号S(t)分别通过第一乘法器18和第二乘法器19与数字频率合成器17产生的载波信号cosωit及其二倍频cos2ωit相乘，再通过第一低通滤波器20和第二低通滤波器21滤除ωi的基频及高次谐波信号，得到一对关于待解调相位
Figure BDA0003243306290000085
的正交信号：
Figure BDA0003243306290000083
其中LPF[]表示低通滤波操作，
Figure BDA0003243306290000086
表示t时刻的干涉相位。实施例中，ω1＝250kHz，ω2＝300kHz，ω3＝350kHz，干涉信号S(t)与载波信号cosωit及其二倍频2cosωit相乘后所有差频信号的频率分量如表2所示：
表2干涉信号S(t)与载波及其二倍频相乘所得差频信号频率(单位：kHz)
Figure BDA0003243306290000091
表2中第一行表示干涉信号S(t)中包含的频率分量，第一列表示与S(t)相乘的载波信号的频率，行和列交叉的位置为两频率的差频频率。显然，为了避免差频信号与待解调信号的频率混叠，第一低通滤波器20和第二低通滤波器21的截止频率ωL应小于任一调制频率以及该调制频率的基频和二倍频与其它任一频率及其谐频的差频，即：
ωL＜min{ωi,|βωj-ωi|,|βωj-2ωi|},(i,j＝1,2,3；i≠j；β＝1,2,3).
其中min{}表示取最小值，||表示取绝对值。如表2所示，实施例中ωL<50kHz。
5)根据相位调制深度zi获得J1(zi)和J2(zi)的值，将正交信号通过除法器22相除再通过反正切运算器23，同时得到各波长对应的干涉相位：
Figure BDA0003243306290000092
6)实施例中λ1＝780nm，λ2＝779.8479nm，λ3＝770nm，第1级合成波长为λS1＝λ1λ2/(λ1-λ2)＝4mm，对应的干涉相位
Figure BDA0003243306290000094
得到第1级合成波长对应的测量距离为：
Figure BDA0003243306290000093
其中floor()表示向下取整，nS1为λS1对应的空气折射率，L0表示初测距离，mS1＝floor(2L0/λS1+0.5-Φ1/2π)表示合成波长λS1对应的干涉条纹整数，εS1＝Φ1/2π表示λS1对应的干涉条纹小数，距离初测通过频率扫描干涉法完成，距离初测不确定度满足u(L0)<λS1/4＝1mm的级间过渡条件，第1级合成波长的整数条纹mS1可被精确确定。
在满足多波长干涉级间过渡的条件下，合成波长整数条纹可以被精确确定，第i合成波长对应的距离测量不确定度u(Li)主要由空气折射率测量不确定度u(nSi)/nSi、激光波长的相对稳定度u(λi)/λi和合成波长小数条纹测量不确定度u(εSi)决定：
Figure BDA0003243306290000101
实施例中，待测距离L为10m，u(nSi)/nSi＝5×10-8，所用激光器经频率稳定后波长稳定度达u(λi)/λi＝1×10-10，由PGC多波长相位同步解调得到的合成波长小数条纹测量不确定度为u(εSi)＝5×10-3，代入上式得第1级合成波长对应的距离测量不确定度为u(L1)＝10μm。
同理，第2级合成波长λS2＝λ1λ3/(λ1-λ3)＝60μm，满足u(L1)<λS2/4＝15μm的级间过渡条件，得到对应的测量距离为
Figure BDA0003243306290000102
其中
Figure BDA0003243306290000103
nS2为λS2对应的空气折射率，根据不确定度计算公式，第2级合成波长对应的距离测量不确定度为u(L2)＝0.52μm。
由实施例可知，基于频分复用的多波长干涉绝对距离测量方法可在10m范围内实现亚微米级的绝对距离测量不确定度。本发明通过对多波长干涉仪以不同的频率进行正弦相位调制，获取频分复用多波长干涉信号，利用PGC解调方法同时提取多波长干涉相位，直接解决了多波长干涉中波长接近难以分光的问题，消除了机械振动和环境干扰对多波长干涉相位解调精度的影响，进一步提高了绝对距离测量精度，光路结构简单、测量范围大、精度高，具有其突出显著的技术效果。

Claims (9)

1.一种基于频分复用的多波长干涉绝对距离测量装置，其特征在于：
包括光源模块(I)、干涉测量模块(II)和信号处理模块(III)；光源模块(I)的输出端连接到干涉测量模块(II)的输入端，干涉测量模块(II)输出干涉信号至信号处理模块(III)，信号处理模块(III)输出调制信号至光源模块(I)。
2.根据权利要求1所述的一种基于频分复用的多波长干涉绝对距离测量装置，其特征在于：所述的光源模块(I)包括多个激光器、多个电光相位调制器、光纤耦合器(7)和光纤准直器(8)；多个激光器发出各自的激光，经各自的电光相位调制器相位调制后由光纤耦合器(7)合光后通过激光准直器(8)输出多波长激光进而输入至干涉测量模块(II)；
所述的干涉测量模块(II)包括偏振分光镜(9)、参考角锥棱镜(10)、测量角锥棱镜(11)、偏振片(12)和光电探测器(13)；多波长激光经过偏振分光镜(9)发生反射和透射，多波长激光中的垂直偏振光被偏振分光镜(9)反射后射向参考角锥棱镜(10)，经参考角锥棱镜(10)的反射后回到偏振分光镜(9)再反射；多波长激光中的水平偏振光被偏振分光镜(9)透射后射向测量角锥棱镜(11)，经测量角锥棱镜(11)的反射后回到偏振分光镜(9)再透射；回到偏振分光镜(9)再透射的光和再反射的光合光后，入射到偏振片(12)处发生干涉，干涉光被光电探测器(13)探测获得干涉信号；
所述的信号处理模块(III)包括信号处理板(14)、高压放大器(15)和计算机(16)；光电探测器(13)和信号处理板(14)电连接，信号处理板(14)分别和高压放大器(15)和计算机(16)连接，高压放大器(15)和光源模块(I)的各个电光相位调制器连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于频分复用的多波长干涉绝对距离测量装置，其特征在于：所述电光相位调制器中电光晶体的光轴方向和激光器输出激光的偏振方向之间的夹角为45°，偏振片(12)的偏振化方向与激光器输出激光的偏振方向相同。
4.根据权利要求1所述的一种基于频分复用的多波长干涉绝对距离测量装置，其特征在于：所述的测量角锥棱镜(11)和待测物体固定连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于频分复用的多波长干涉绝对距离测量装置，其特征在于：多个激光器发出不同波长的激光，在激光准直器(8)处合光。
6.用于权利要求1所述测距装置的一种基于频分复用的多波长干涉绝对距离测量方法，其特征在于：所述方法的步骤如下：
1)通过光电探测器(13)探测得到的干涉信号为多个波长对应干涉信号的叠加，即频分复用多波长干涉信号S(t)：
Figure RE-FDA0003384010000000021
其中，Si为干涉信号的幅值，N为激光器的个数，i表示激光器的序号，i＝1,2,…,N，L表示待测距离，ni为激光波长λi对应的空气折射率，
Figure RE-FDA0003384010000000022
为第i个激光器在装置中对应干涉仪的干涉相位，
Figure RE-FDA0003384010000000023
J2k(zi)和J2k-1(zi)分别为偶数阶贝塞尔函数和奇数阶贝塞尔函数，J0(zi)为零阶贝塞尔函数，k为正整数参数；zi是第i个激光器在装置中对应干涉仪的相位调制深度；
2)数字频率合成器(17)产生载波信号cosωi(t)及其二倍频cos2ωi(t),同时产生每个激光器对应的角频率为ωi(t)的正弦调制信号加载到各自的电光相位调制器中；
频分复用多波长干涉信号S(t)分别通过第一乘法器(18)和第二乘法器(19)与数字频率合成器(17)产生的载波信号cosωi(t)及其二倍频cos2ωi(t)相乘，再分别通过第一低通滤波器(20)和第二低通滤波器(21)滤除载波信号的基频及高次谐波信号，得到一对关于待解调相位
Figure RE-FDA0003384010000000024
的正交信号：
Figure RE-FDA0003384010000000025
其中，LPF[]表示低通滤波操作，
Figure RE-FDA0003384010000000026
表示t时刻的干涉相位；
3)根据相位调制深度zi获得相位调制深度zi下的一阶贝塞尔函数J1(zi)和二阶贝塞尔函数J2(zi)的值，将正交信号通过除法器(22)相除再通过反正切运算器(23)，同时得到各激光波长对应的干涉相位，表示为：
Figure RE-FDA0003384010000000027
4)设多个激光器发出各自激光的波长分别满足λ1>λ2>…>λN，计算第1级合成波长λS1对应的干涉相位
Figure RE-FDA0003384010000000031
得到第1级合成波长对应的测量距离为：
Figure RE-FDA0003384010000000032
λS1＝λ1λ2/(λ1-λ2)
其中，floor()表示向下取整，nS1为第1级合成波长λS1对应的空气折射率，L0表示初测距离，距离初测不确定度满足u(L0)<λS1/4，u()表示不确定度函数；
同理，除了第1级合成波长以外的其他第i级合成波长λSi对应的测量距离为：
Figure RE-FDA0003384010000000033
λSi＝λ1λi+1/(λ1-λi+1)
其中，
Figure RE-FDA0003384010000000034
Φi表示第i级合成波长对应的干涉相位，nSi为第i级合成波长λSi对应的空气折射率，第i-1级合成波长对应的距离测量不确定度满足u(Li-1)<λSi/4。
7.根据权利要求6所述的一种基于频分复用的多波长干涉绝对距离测量方法，其特征在于：所述1)中，每个激光器的激光波长的调制频率及其谐频不与其它任一波长的调制频率及谐频重叠，使得多波长相位调制频率的选择满足如下关系：
αωi≠βωj,α＝1,2,...,[zi+1]；β＝1,2,...,[zj+1]；i,j＝1,2,...,N；i≠j.
其中，α、β分别表示第一、第二频率的倍数，ωi和ωj分别表示第i电光相位调制器和第j电光相位调制器加载的调制信号的角频率，N表示激光器的总数，[]表示向上取整。
8.根据权利要求6所述的一种基于频分复用的多波长干涉绝对距离测量方法，其特征在于：所述2)中，第一低通滤波器(20)和第二低通滤波器(21)的截止频率ωL的选择满足如下条件：
ωL<min{ωi,|βωj-ωi|,|βωj-2ωi|},(i,j＝1,2,...,N；i≠j；β＝1,2,...,[zj+1])
其中，min{}表示取最小值，||表示取绝对值。
9.根据权利要求6所述的一种基于频分复用的多波长干涉绝对距离测量方法，其特征在于：所述1)和5)中的第i个激光器在装置中对应干涉仪的相位调制深度zi计算为：
zi＝(1/Vπoi-1/Vπei)Aiπ
其中，Vπei和Vπoi分别为激光波长λi对应的非寻常光和寻常光的相位调制半波电压，Ai为第i电光相位调制器加载的调制信号的幅值。
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