CN114963995A - 一种迈克尔逊激光器及其实现方法、位移测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种迈克尔逊激光器及其实现方法、位移测量方法。本发明的迈克尔逊激光器，包括前腔镜(1)、激光增益介质(2)、分光镜(3)、第一激光腔镜(4)、第二激光腔镜(5)、第三激光腔镜(6)；其中，前腔镜(1)、激光增益介质(2)、第二激光腔镜(5)依次沿第一光轴放置；第一激光腔镜(4)、第三激光腔镜(6)沿第二光轴放置；第一、二光轴垂直；分光镜(3)位于第一、二光轴交点，用于将激光增益介质(2)输出的光分成沿第一、二光轴传播的两路，从而使光在前腔镜(1)、第一激光腔镜(4)、第二激光腔镜(5)、第三激光腔镜(6)构成的激光器闭合腔内振荡，形成多个激光。本发明激光器可提高位移测量精度。
Description
技术领域
本发明属于激光技术领域，具体涉及一种迈克尔逊激光器及其实现方法、精密测量中的应用方法。
背景技术
迈克尔逊干涉仪是美国诺贝尔物理学奖得主迈克尔逊与莫雷合作，于1881年设计制造出来的精密光学仪器，其利用分振幅实现双光束干涉，用于以太漂移实验，证实了以太的不存在。经过改进与发展，后来被广泛应用于长度和折射率的测量。迈克尔逊干涉仪通过一个外部光源实现测量，该光源具体可以是汞灯、钠灯等，1961年氦氖激光器诞生，至此氦氖激光器开始作为迈克尔逊干涉仪的测量光源，从而诞生了激光干涉仪。激光干涉仪具有结构简单、测量精度高、可溯源至激光波长等优势，已被广泛应用于科研和生产领域。
激光干涉仪以稳定的激光波长频率作为测量基准，是目前使用最广泛的精度达纳米量级的测量仪器，其光学分辨率一般仅为λ/2，λ为激光波长，通过电子细分的方法将λ/2进一步细分，可以达到纳米级的分辨率。激光干涉仪根据原理不同，可以分为单频激光干涉仪和双频激光干涉仪。其中，单频激光干涉仪主要是通过光电转换,将干涉条纹光强转换为电信号幅值，经过整形、放大后输入到信号采集系统得到相位差，进而推算出位移的变化量。这种干涉仪的主要问题在于易受光功率变化、环境波动等因素的影响，进而产生直流漂移，引入误差。双频激光干涉仪将输出信号变成交流信号，消除了直流漂移带来的误差，提高了抗干扰能力。然而由于非理想光学元件等因素，双频激光干涉仪会引入非线性误差。目前商用的激光干涉仪分辨能力最高可达到1纳米，这种纳米级的分辨率是将测量光源的半波长进行高倍微机细分获得的，受限于AD转换精度、采样频率等因素，继续采用这种方法将位移测量的分辨率提升到皮米级存在极大技术挑战。
无论是精密计量领域的科学研究，还是原子尺度上的细胞生物学、病毒学和其他微观过程观察，抑或是光刻机、精密机床等的先进制造，都离不开精密位移测量技术的发展。突破传统激光干涉仪纳米级分辨率的极限，实现皮米级分辨率的位移测量具有广泛应用需求与重大意义。
发明内容
为了克服传统激光干涉仪光学分辨率最高为纳米量级的缺陷，本发明提供一种在技术和原理上新型的迈克尔逊激光器，可以实现皮米级甚至超过皮米级的位移测量分辨率。
本发明采用四片高反射率激光腔镜，内置激光增益介质，采用迈克尔逊干涉仪光路，实现一种技术和原理上新型的激光器，本发明将这种新型激光器命名为迈克尔逊激光器。由于时间、频率是所有物理量里被测量的最准确的，目前科学上可实现频率的19位测量精度。利用迈克尔逊激光器，将位移测量转换为频率测量，可直接实现皮米级甚至高于皮米级分辨率的精密位移测量。该激光器的光路结构部分借鉴迈克尔逊干涉仪，其中，激光增益介质一端为高反镜，另一端放置分光比为1：1的分光镜，光经过分光镜后被分成朝上和朝右相互垂直的两路(以图1为例)，在这两路各放置一片反射镜，反射后的光回到分光镜，在分光镜下方再放置一片反射镜，四个具有高反射率的腔镜共同组成激光器的闭合腔，光在闭合腔内来回振荡，满足激光共振条件后，可以形成多个不同频率的激光。该系统本质上为一种新型激光器，光路结构上借鉴了迈克尔逊干涉仪的形状结构。为了致敬诺贝尔物理学奖得主迈克尔逊的伟大贡献，将本发明提供的新型激光器命名为迈克尔逊激光器。必须指出，传统的迈克尔逊干涉仪，无论其光源是激光光源还是光谱灯，本质上都是一种产生干涉效果的特殊光路装置，而非一种激光器，与本发明内容存在本质上的区别。
考虑到频率测量精度高，本发明提出，利用迈克尔逊激光器，将位移测量转换为频率测量。具体地，在驻波激光器谐振腔中，激光器谐振腔腔长L的改变dl会造成激光频率ν的改变Δν，二者存在下面关系：
这意味着，激光器腔长的微小变化会带来激光频率巨大改变。借助该思路，可以将本发明提出的迈克尔逊激光器应用在位移的精密测量中。将其中一条光路作为测量臂，该光路中的激光腔镜作为测量镜，在作为测量镜的腔镜移动过程中，经过测量臂的几路激光频率将发生对应变化，参考臂的激光频率保持不变，利用频率分析仪或频率计数器等测量仪器来测量闭合腔内所形成的多路激光频率之间的拍频信号。由于拍频信号的相对测量分辨率
可优于10-12，根据腔内激光频率与腔长存在的比例关系
本发明提出的迈克尔逊激光器位移测量分辨率理论上可以优于10-12m。在真空隔震绝热的特殊条件下，可减少空气折射率、机械振动、温度变化等因素的干扰，该系统的位移测量精度理论上可以进一步提升。
基于上述思路，本发明提供迈克尔逊激光器，采用以下技术方案：
一种迈克尔逊激光器，其特征在于，包括前腔镜1、激光增益介质2、分光镜3、第一激光腔镜4、第二激光腔镜5、第三激光腔镜6；其中，
前腔镜1、激光增益介质2、第二激光腔镜5依次沿第一光轴放置；第一激光腔镜4、第三激光腔镜6沿第二光轴放置；且第一光轴与第二光轴垂直；分光镜3位于第一光轴与第二光轴的交点位置，用于将激光增益介质2输出的光分成沿第一光轴、第二光轴传播的两路，从而使激光增益介质2输出的光在前腔镜1、第一激光腔镜4、第二激光腔镜5、第三激光腔镜6构成的激光器闭合腔内振荡，形成多个不同频率的激光。
进一步的，所述分光镜3的分光比为1：1；所述激光增益介质2与所述分光镜3相对的端面镀增透膜；所述前腔镜1为全反镜，所述第一激光腔镜4、第二激光腔镜5或第三激光腔镜6作为迈克尔逊激光器的输出镜。
进一步的，所述分光镜3与所述前腔镜1相对的前表面镀分光比为1：1的半反半透膜，所述分光镜3的后表面镀激光器闭合腔内所形成激光的增透膜。
进一步的，所述激光增益介质2为氦氖激光管、半导体激光二极管、带泵浦源的YAG晶体或带泵浦源的激光染料。
进一步的，所述分光镜3将经前腔镜1或激光增益介质2输入的光束反射至第二光轴上设置的角锥8；光束经所述角锥8入射到所述第一激光腔镜4，所述第一激光腔镜4将入射光经所述角锥8返回至所述分光镜3；所述第一激光腔镜4与所述角锥8构成一角锥折叠光路。
进一步的，所述第一激光腔镜4为平面镜或角锥。
进一步的，所述第一激光腔镜4、第二激光腔镜5、第三激光腔镜6均为镀高反射率膜的平面镜。
一种迈克尔逊激光器，其特征在于，包括前腔镜1、激光增益介质2、分光镜3、第一激光腔镜4、第二激光腔镜5；其中，
前腔镜1、激光增益介质2、第二激光腔镜5依次沿第一光轴放置；第一激光腔镜4沿第二光轴放置；且第一光轴与第二光轴垂直；分光镜3位于第一光轴与第二光轴的交点位置，用于将激光增益介质2输出的光分成沿第一光轴、第二光轴传播的两路；第二光轴上与第一激光腔镜4相对的一侧作为迈克尔逊激光器的激光输出端。
一种基于所述迈克尔逊激光器的位移测量方法，其特征在于，将所述迈克尔逊激光器中的一条光路作为测量臂，该条光路中的激光腔镜作为测量镜；监测所述测量镜移动过程中所述迈克尔逊激光器输出的多个拍频信号；选取其中一个拍频信号观察其频率的变化量Δν及其对应的激光谐振频率ν，L为测量回路对应的谐振腔腔长，然后根据
确定所述测量镜的位移dl。
本发明中激光增益介质2发出的荧光经过分光镜3后分裂成水平与垂直两路光，水平光经过激光腔镜5后回到分光镜3，垂直光经过激光腔镜4后回到分光镜3，所有打到分光镜3上的光均存在透过与反射两种可能的路线。光经过四个腔镜的反射，在腔内多次振荡，达到激光起振的条件后，可以输出多路激光。其中，位置固定的激光腔镜组成的子腔可以形成激光振荡并持续输出频率固定的激光。由于测量镜沿光轴方向移动，导致经过测量镜的激光回路随着测量镜的移动周期性满足起振条件，并且随着测量镜的移动，对应光回路输出的激光频率是变化的。因此，在激光输出镜后放置频率分析仪7，测量所述测量镜移动过程中产生的拍频信号，根据
经过推导计算可以得到测量臂的位移变化量dl。
以实施例一为例，迈克尔逊激光器腔内模式分析如下：
工作时，氦氖激光管发出的荧光经过分光镜3后分束，分两路光打到第一激光腔镜4和第二激光腔镜5上，随后光线在闭合腔内来回振荡。四个激光腔镜可以形成多个谐振子腔，因此腔内存在多个的光回路，最终将有满足起振条件的多个不同频率的激光输出。可能产生激光振荡的回路为(1)Ⅰ-Ⅱ、(2)Ⅰ-Ⅲ、(3)Ⅰ-Ⅱ-Ⅱ-Ⅳ、(4)Ⅰ-Ⅲ-Ⅲ-Ⅳ、(5)Ⅰ-Ⅱ-Ⅱ-Ⅳ-Ⅳ-Ⅲ；对应形成谐振腔的腔镜组分别为前腔镜1-第一激光腔镜4、前腔镜1-第二激光腔镜5、前腔镜1-第一激光腔镜4-第三激光腔镜6、前腔镜1-第二激光腔镜5-第三激光腔镜6、前腔镜1-第一激光腔镜4-第三激光腔镜6-第二激光腔镜5。
由于第二激光腔镜5与第三激光腔镜6位置固定，作为测量镜的第一激光腔镜4沿光轴方向移动，因此回路(2)(4)始终满足共振条件，可以得到两路频率固定的激光输出，在位移测量的中相当于参考光路。当测量镜4移动时，回路(1)(3)(5)的光输出频率将会发生变化，频率分析仪7测得的拍频信号Δν也将发生变化，通过记录相关频率信号Δν的值，可计算出该时刻测量镜4的位移变化量。
以回路(1)、(2)的两束激光为例进行分析，(1)为测量光路、(2)为参考光路。随着测量镜的移动，测量光路(1)激光频率发生变化，参考光路(2)激光频率保持不变，二者拍频信号的变化即代变了测量回路(1)的频率变化。分析二者拍频信号的变化量Δν，当作为测量镜的第一激光腔镜4的位移dl＝λ/2时，拍频信号的频率变化Δν＝FSR＝c/2L,L为测量光路(1)的腔长,对应激光干涉仪一个明暗条纹的变化。当测量镜的移动距离在dl半波长之内时，通过频率分析仪器也可以测得拍频信号的变化Δν，相当于对FSR的细分，因此可以得到比半波长分辨率更高的位移变化量dl。本实施例中存在几路其他模式的激光，当某路激光由于竞争湮灭时，它们可以作为补充测量的参考。
作为一种可优选的实施方式，可将作为测量镜的激光腔镜替换为角锥，以提高稳定性，角锥具有入射光线与出射光线平行的优势，可以减小由于腔镜移动过程中的左右震动带来的光路偏移。
作为另一种可选的实施方式，可以将测量臂设置为角锥折叠光路，将测量镜替换为角锥加平面镜，以提高稳定性。入射光打到角锥后反射到平面镜，其中角锥可沿光轴方向移动，平面镜作为激光腔镜，位置固定。
作为另一种可选的实施方式，可以将角锥折叠光路设置为两个角锥，以提高稳定性。入射光打到第一个角锥后，反射到第二个角锥，其中第一个角锥可沿光轴方向移动，第二个角锥作为激光腔镜，位置固定。
作为另一种可选的实施方式，本发明中位置固定的不用作激光输出的腔镜也可用角锥代替。
作为一种可选的实施方式，可以将分光镜下方的激光腔镜去掉，形成三腔镜双回路激光器。从分光镜下方出射的激光直接打入频率分析仪器，分析测量镜移动过程中拍频信号的变化，从而得到对应腔镜的位移变化量。这种结构适用于增益较大的增益介质。对于氦氖激光管等增益较小的激光增益介质，这种结构会造成较大的损耗，导致激光无法起振，因此需要利用前述四腔镜迈克尔逊激光器结构以满足增益大于损耗的条件。
作为一种可选的实施方式，测量镜可放置在导轨上，以控制其沿光轴方向移动。
作为另一种可选的实施方式，可以在测量镜上设置压电陶瓷PZT，以控制其沿光轴方向移动。
进一步地，可以将该系统放置于真空减震隔热装置中，以尽可能减少外界机械振动、温度变化等系统稳定度和位移测量分辨率的干扰，提高分辨率。
与现有技术相比，本发明提出的迈克尔逊干涉仪激光器测距的积极效果为：
传统的激光干涉仪通过观察激光干涉来测量位移，导致测量的分辨率仅为纳米级。本发明提出的迈克尔逊干涉仪将位移测量溯源到激光频率，通过测量腔镜移动过程中，激光腔内多个不同频率激光的拍频信号，得到位移的变化量。打破了传统激光干涉仪的分辨率限制，理论上可将位移测量的分辨率提高到皮米级甚至超过皮米级。
附图说明
图1为实施例1的迈克尔逊干涉仪激光器结构示意图。
图2为实施例2的迈克尔逊干涉仪激光器结构示意图。
图3为实施例3的迈克尔逊干涉仪激光器结构示意图。
图4为实施例4的迈克尔逊干涉仪激光器结构示意图。
图5为实施例5的迈克尔逊干涉仪激光器结构示意图。
图6为实施例6的迈克尔逊干涉仪激光器结构示意图。
其中，1-前腔镜；2-激光增益介质；3-分光镜；4-第一激光腔镜；4’-移动后的第一激光腔镜；5-第二激光腔镜；6-第三激光腔镜；7-频率分析仪；8-折叠角锥；8’-移动后的折叠角锥。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ代表该迈克尔逊干涉仪激光器中的四条光路。
具体实施方式
以下实施例用于非限制性地解释本发明的技术方案。
实施例1
迈克尔逊激光器结构如图1所示，包括依序设置在光路上的前腔镜1、激光增益介质2、分光镜3、第一激光腔镜4、第二激光腔镜5、第三激光腔镜6。所述前腔镜1为全反镜；所述激光增益介质2作为激光器的增益介质有多种可选方案，如氦氖激光管、YAG晶体、激光染料、半导体激光二极管等，本实施例中以氦氖激光管为例进行描述；所述分光镜3一侧镀有分光比为1：1的半反半透膜，一侧镀有对迈克尔逊激光器输出光全透的增透膜；所述激光腔镜4、5、6均为镀高反射率膜的平面镜，在该实施例的描述中，选择第一激光腔镜4作为测量镜，可以沿光轴方向移动，第二、第三激光腔镜5、6位置固定，且第三激光腔镜6作为输出镜。频率分析仪7用于位移测量，放置在输出镜6后。
工作时，氦氖激光管发出的荧光经过分光镜3后分束，分两路光打到第一激光腔镜4和第二激光腔镜5上，随后光线在闭合腔内来回振荡。四个激光腔镜可以形成多个谐振子腔，因此腔内存在多个的光回路，最终将有满足起振条件的多个不同频率的激光输出。本实施例中，可能产生激光振荡的回路为(1)Ⅰ-Ⅱ、(2)Ⅰ-Ⅲ、(3)Ⅰ-Ⅱ-Ⅱ-Ⅳ、(4)Ⅰ-Ⅲ-Ⅲ-Ⅳ、(5)Ⅰ-Ⅱ-Ⅱ-Ⅳ-Ⅳ-Ⅲ；对应形成谐振腔的腔镜组分别为前腔镜1-第一激光腔镜4、前腔镜1-第二激光腔镜5、前腔镜1-第一激光腔镜4-第三激光腔镜6、前腔镜1-第二激光腔镜5-第三激光腔镜6、前腔镜1-第一激光腔镜4-第三激光腔镜6-第二激光腔镜5。
由于第二激光腔镜5与第三激光腔镜6位置固定，作为测量镜的第一激光腔镜4沿光轴方向移动，因此回路(2)(4)始终满足共振条件，可以得到两路频率固定的激光输出，在位移测量的中相当于参考光路。当测量镜4继续移动时，回路(1)(3)(5)的光输出频率将会发生变化，频率分析仪7测得的拍频信号Δν也将发生变化，通过记录该频率信号Δν的值，可计算出该时刻测量镜4的位移变化量。
进一步地，也可以将第二激光腔镜5用作激光输出。
进一步地，可以将该系统放置于真空减震隔热装置中，以尽可能减少空气折射率、机械振动、温度变化等系统稳定度和位移测量分辨率的干扰，提高分辨率。
实施例2
如图2所示的迈克尔逊激光器结构与实施例1的不同之处在于，将实施例中的第一激光腔镜4由平面镜替换为角锥。
角锥的优势在于无论入射角度是多少，反射光线与入射光线始终保持平行，这样就可以避免作为测量镜的第一激光腔镜4在移动过程中震动造成的反射光线方向偏折，提高了迈克尔逊激光器的稳定性。
实施例3
如图3所示的迈克尔逊激光器结构与实施例1的不同之处在于，将实施例1中的第一激光腔镜4由平面镜替换为角锥折叠光路，添加一个折叠角锥8，使得光先入射到折叠角锥8再反射到第一激光腔镜4上。其中第一激光腔镜4位置固定，与迈克尔逊激光器其他部分固定在一起，折叠角锥8作为可移动元件，沿光轴方向移动。其优势在于提高了迈克尔逊激光器的稳定度，防止测量镜移动造成的光线偏折。
实施例4
如图4所示的迈克尔逊激光器结构与实施例3的不同之处在于，将实施例3中的第一激光腔镜4由平面镜替换为角锥，同样是用于提高稳定性，尽可能减少震动带来的影响。
实施例5
如图5所示的迈克尔逊激光器结构与实施例1的不同之处在于，将实施例1中不用作激光输出的激光腔镜4、5均替换为角锥，用于减少震动对系统稳定度造成的影响。
实施例6
如图6所示的迈克尔逊激光器结构与实施例5的不同之处在于，将实施例5中的第三激光腔镜去掉，从分光镜3下方出射的两路激光(1)和(2)直接打入频率分析仪7。其优点是，结构简单，需要考虑的模式数相较于其他实施例少。缺点是，仅适用于增益较大的激光增益介质2。对于氦氖激光管等增益较小的增益介质，这种结构会造成较大的损耗，腔内很难达到增益大于损耗的条件，导致无法形成激光。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制。在不脱离本发明所附权利要求书的精神和范围内，本领域的技术人员可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，比如：激光可以从右侧激光腔镜输出，也可以从下侧激光腔镜输出。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，具体要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。
Claims (9)
1.一种迈克尔逊激光器，其特征在于，包括前腔镜(1)、激光增益介质(2)、分光镜(3)、第一激光腔镜(4)、第二激光腔镜(5)、第三激光腔镜(6)；其中，
前腔镜(1)、激光增益介质(2)、第二激光腔镜(5)依次沿第一光轴放置；第一激光腔镜(4)、第三激光腔镜(6)沿第二光轴放置；且第一光轴与第二光轴垂直；分光镜(3)位于第一光轴与第二光轴的交点位置，用于将激光增益介质(2)输出的光分成沿第一光轴、第二光轴传播的两路，从而使激光增益介质(2)输出的光在前腔镜(1)、第一激光腔镜(4)、第二激光腔镜(5)、第三激光腔镜(6)构成的激光器闭合腔内振荡，形成多个不同频率的激光。
2.根据权利要求1所述的迈克尔逊激光器，其特征在于，所述分光镜(3)的分光比为1：1；所述激光增益介质(2)与所述分光镜(3)相对的端面镀增透膜；所述前腔镜(1)为全反镜，所述第一激光腔镜(4)、第二激光腔镜(5)或第三激光腔镜(6)作为迈克尔逊激光器的输出镜。
3.根据权利要求1或2所述的迈克尔逊激光器，其特征在于，所述分光镜(3)与所述前腔镜(1)相对的前表面镀分光比为1：1的半反半透膜，所述分光镜(3)的后表面镀激光器闭合腔内所形成激光的增透膜。
4.根据权利要求1所述的迈克尔逊激光器，其特征在于，所述激光增益介质(2)为氦氖激光管、半导体激光二极管、带泵浦源的YAG晶体或带泵浦源的激光染料。
5.根据权利要求1所述的迈克尔逊激光器，其特征在于，所述分光镜(3)将经前腔镜(1)或激光增益介质(2)输入的光束反射至第二光轴上设置的角锥(8)；光束经所述角锥(8)入射到所述第一激光腔镜(4)，所述第一激光腔镜(4)将入射光经所述角锥(8)返回至所述分光镜(3)；所述第一激光腔镜(4)与所述角锥(8)构成一角锥折叠光路。
6.根据权利要求1或5所述的迈克尔逊激光器，其特征在于，所述第一激光腔镜(4)为平面镜或角锥。
7.根据权利要求1所述的迈克尔逊激光器，其特征在于，所述第一激光腔镜(4)、第二激光腔镜(5)、第三激光腔镜(6)均为镀高反射率膜的平面镜。
8.一种迈克尔逊激光器，其特征在于，包括前腔镜(1)、激光增益介质(2)、分光镜(3)、第一激光腔镜(4)、第二激光腔镜(5)；其中，
前腔镜(1)、激光增益介质(2)、第二激光腔镜(5)依次沿第一光轴放置；第一激光腔镜(4)沿第二光轴放置；且第一光轴与第二光轴垂直；分光镜(3)位于第一光轴与第二光轴的交点位置，用于将激光增益介质(2)输出的光分成沿第一光轴、第二光轴传播的两路；第二光轴上与第一激光腔镜(4)相对的一侧作为迈克尔逊激光器的激光输出端。
9.一种基于权利要求1所述迈克尔逊激光器的位移测量方法，其特征在于，将所述迈克尔逊激光器中的一条光路作为测量臂，该条光路中的激光腔镜作为测量镜；监测所述测量镜移动过程中所述迈克尔逊激光器输出的多个拍频信号；选取其中一个拍频信号观察其频率的变化量Δν及其对应的激光谐振频率ν，L为测量回路对应的谐振腔腔长，然后根据
确定所述测量镜的位移dl。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09119810A (ja) * | 1995-10-26 | 1997-05-06 | Yokogawa Electric Corp | レーザ測長器 |
| US6963405B1 (en) * | 2004-07-19 | 2005-11-08 | Itt Manufacturing Enterprises, Inc. | Laser counter-measure using fourier transform imaging spectrometers |
| KR20070077139A (ko) * | 2006-01-20 | 2007-07-25 | 올림푸스 메디칼 시스템즈 가부시키가이샤 | 피검체 정보 분석 장치, 내시경 장치 및 피검체 정보 분석방법 |
| CN101887126A (zh) * | 2010-06-27 | 2010-11-17 | 清华大学 | 一种双频激光多普勒测速方法及装置 |
| 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 |
| CN109211414A (zh) * | 2018-07-13 | 2019-01-15 | 华东师范大学 | 超高精度光频测试仪及其测试方法 |
| CN112629571A (zh) * | 2020-11-25 | 2021-04-09 | 浙江大学 | 电光调制激光干涉线位移及角位移测量装置和方法 |
-
2022
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09119810A (ja) * | 1995-10-26 | 1997-05-06 | Yokogawa Electric Corp | レーザ測長器 |
| US6963405B1 (en) * | 2004-07-19 | 2005-11-08 | Itt Manufacturing Enterprises, Inc. | Laser counter-measure using fourier transform imaging spectrometers |
| KR20070077139A (ko) * | 2006-01-20 | 2007-07-25 | 올림푸스 메디칼 시스템즈 가부시키가이샤 | 피검체 정보 분석 장치, 내시경 장치 및 피검체 정보 분석방법 |
| CN101887126A (zh) * | 2010-06-27 | 2010-11-17 | 清华大学 | 一种双频激光多普勒测速方法及装置 |
| 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 |
| CN109211414A (zh) * | 2018-07-13 | 2019-01-15 | 华东师范大学 | 超高精度光频测试仪及其测试方法 |
| CN112629571A (zh) * | 2020-11-25 | 2021-04-09 | 浙江大学 | 电光调制激光干涉线位移及角位移测量装置和方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 张雪等: "脉冲单纵模激光器中标准具精度与选模性能", 《强激光与粒子束》 * |
| 闵帅博等: "基于轻量级并行编程的微位移测量系统设计研究", 《计算机应用与软件》 * |
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