JP6486971B2 - 二重レーザ周波数掃引干渉測定システムおよび方法 - Google Patents
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Description
周波数掃引レーザから第1のビームを受ける第1の入力部と、
固定周波数ポンプレーザ源から第2のビームを受ける第2の入力部と、
前記第1および第2のビームを受け、それらを相互変調して前記ポンプレーザ源の前記固定周波数と鏡像関係にある前記第1のビームの反転複製物である第3のビームを生成する非線形光学アーティファクト(artefact:信号成分のうち、その信号が表す変数とは無関係なもの)と、
前記第1および第3のビームを出力する選択的結合要素とを含み、
前記非線形アーティファクトは、前記第1および第2のビームの前記光学的周波数分離(frequency separation)が前記非線形アーティファクトの前記コヒーレント長条件を満たすように選択すなわち構成されている光学配置が提供される。
周波数掃引レーザ源から、第1の測定ビームと、前記第1の測定ビームおよび前記第1の測定ビームの鏡像複製物を含む第2の測定ビームとを受けるように動作可能であり、
前記第2の測定ビームを光ファイバに沿って干渉計に導き、前記光ファイバに沿って逆に戻る光を測定するように配置されており、
前記第1の測定ビームをさらなる干渉計に導き、そのビームからサンプリング信号を抽出するようにさらに配置されており、前記サンプリング信号に依存する周波数で前記光ファイバに沿って逆に戻る前記第2の測定ビームの前記光をサンプリングするように配置されている測定システムが提供される。
周波数掃引レーザから第1のビームを受ける工程と、
固定周波数ポンプレーザ源から第2のビームを受ける工程と、
非線形光学アーティファクト中で前記第1および第2のビームを相互変調して前記ポンプレーザ源の前記固定周波数と鏡像関係にある前記第1のビームの反転複製物である第3のビームを生成する工程と、
前記第1および第3のビームを出力する工程とを含み、
非線形アーティファクトは、前記第1および第2のビームの前記光学的周波数分離が前記非線形アーティファクトの前記コヒーレント長条件を満たすように選択すなわち構成されている、二重レーザ周波数掃引信号を生成する方法が提供される。
周波数掃引レーザ源から、第1の測定ビームと、前記第1の測定ビームおよび前記第1の測定ビームの鏡像複製物を含む第2の測定ビームとを受ける工程と、
前記第2の測定ビームを光ファイバに沿って干渉計に導く工程と、
前記光ファイバに沿って逆に戻る光を測定する工程と、
前記第1の測定ビームをさらなる干渉計に導き、そのビームからサンプリング信号を抽出する工程と、
前記サンプリング信号に依存する周波数で前記光ファイバに沿って逆に戻る前記第2の測定ビームの前記光をサンプリングする工程とを含む測定方法が提供される。
第1の入力部に連結されている周波数掃引レーザ源であって、前記周波数掃引レーザから第1のビームを提供する周波数掃引レーザ源と、
第2の入力部に連結され、第2のビームを提供する固定周波数ポンプレーザ源と、
前記第1および第2のビームを受け、それらを相互変調して前記ポンプレーザ源の前記固定周波数と鏡像関係にある前記第1のビームの反転複製物である第3のビームを生成する非線形光学アーティファクトと、
前記第1および第3のビームを出力する選択的結合要素とを含み、
前記周波数掃引レーザ源および前記固定周波数ポンプレーザ源は、前記第1および第2のビームの前記光学的周波数分離が前記非線形アーティファクトの前記コヒーレント長条件を満たすように選択すなわち構成されている、二重レーザビーム掃引生成システムが提供される。
周波数掃引レーザから第1のビームを提供する工程と、
固定周波数ポンプレーザ源から第2のビームを提供する工程と、
非線形光学アーティファクト中で前記第1および第2のビームを相互変調して前記ポンプレーザ源の前記固定周波数と鏡像関係にある前記第1のビームの反転複製物である第3のビームを生成する工程と、
前記第1および第3のビームを出力する工程とを含み、
前記第1のビームを提供する前記工程と、前記第2のビームを提供する前記工程との1つ以上は、前記第1および第2のビームの前記光学的周波数分離が非線形アーティファクトのコヒーレント長条件を満たすように、前記固定周波数ポンプレーザ源と前記周波数掃引レーザとの一方または両方を選択すなわち構成する工程をさらに備えている、二重レーザ周波数掃引信号を生成する方法が提供される。
その評価から、測定されることになる前記距離を決定する工程とをさらに備えてもよい。
フィッティングを実行することによってピークの位置を評価して前記距離を決定する工程とをさらに備えてもよい。
1.両方の信号のFFTを計算する。
2.各目標に関連する周波数成分を特定する。
3.目標毎に以下を行なう。
a.周波数領域でウインドウを適用することで各信号の信号成分を分離する。
b.周波数領域で2つの信号を畳み込む。
c.畳み込まれた信号の大きさのピークの位置を粗く特定する。例えば、最も高いデータポイントを見つけることで位置を特定する。
d.その後、代表的なモデル(例えばsin2)をピークの周囲のデータに当てはめ、ピーク中心を求めることで、ピークの位置を精密に特定する。
本発明の実施の形態は、以下の添付の図面に関して、単に例としてここに記載される。
上記に提示されているものに対応するセットアップを構築し、生成されたFWM掃引および1次掃引を、FWM生成掃引が1次の完全な鏡像複製物である状態で実際の距離測定実験にて同時に試験した。
Claims (15)
- 光学配置(110)及び周波数走査干渉法システムを含む距離測定システムであって、
前記光学配置(110)は、
周波数掃引レーザ(180)から第1のビーム(101)を受ける第1の入力部(120)と、
固定周波数ポンプレーザ源(190)から第2のビーム(102)を受ける第2の入力部(130)と、
前記第1のビーム(101)及び第2のビーム(102)を受け、それらを相互変調して前記第1のビーム(101)の反転複製物であって、前記ポンプレーザ源(190)の固定周波数に対して鏡像関係にある第3のビーム(103)を生成する非線形光学アーティファクト(140)と、
前記非線形光学アーティファクト(140)の出力から前記第3のビーム(103)を抽出するフィルタ(160)と、
前記第1のビーム(101)及びフィルタリングされた第3のビーム(103)を結合し、周波数走査干渉法システム(200、300)に出力する結合要素とを含み、
前記非線形光学アーティファクト(140)は、前記第1のビーム(101)及び第2のビーム(102)への光学的周波数分離が前記非線形光学アーティファクト(140)のコヒーレント長条件を満たすように選択すなわち構成されており、前記第1のビーム(101)及び第2のビーム(102)が相互変調される時、非線形光学アーティファクト中で4光波混合を引き起こして前記第3のビーム(103)を生成し、
前記周波数走査干渉法システム(200、300)は、干渉計(220)を含み、前記第1のビームと前記第3のビームの合波が、前記干渉計(220)を通り、目標点を照射するよう導かれ、そこからの反射信号の周波数を測定し、そこから前記目標点までの距離を決定するように配置されている、距離測定システム。 - 前記第1のビーム(101)を受け、そのビームを第1及び第2の部分(101、101’)に分波し、前記第1の部分(101)を前記非線形光学アーティファクト(140)に、前記第2の部分(101’)を前記周波数走査干渉法システムに提供する第1のカプラ(170)をさらに含む請求項1に記載の距離測定システム。
- 前記非線形光学アーティファクト(140)は半導体光増幅器を備えている請求項1または2に記載の距離測定システム。
- 前記フィルタ(160)と前記結合要素の間に、前記第3のビーム(103)のレベルを実質的に前記第1のビーム(101)のレベルまで上げるよう構成された半導体光増幅器(165)をさらに含む請求項1-3のいずれか1項に記載の距離測定システム。
- 前記第1の入力部(120)に連結された周波数掃引レーザ源(180)と、前記第2の入力部(130)に連結されたポンプレーザ源(190)をさらに含む請求項1-4のいずれか1項に記載の距離測定システム。
- 前記周波数走査干渉法システムは、前記周波数掃引レーザ源(180)からの前記第1のビームの、前記カプラ(170)から受け取った前記第2の部分(101’)をさらなる干渉計内(270)に導き、さらなる干渉計からの、前記第1のビームの等間隔に対応するサンプリング信号を抽出するように構成され、前記反射信号を前記サンプリング信号により制御された周波数でサンプリングするよう配置され、前記反射信号の前記周波数を測定する、請求項2、あるいは請求項2に従属する時、請求項3-5のいずれか1項に記載の距離測定システム。
- 前記周波数走査干渉法システムは、前記干渉計(220)からの第1と第3のビームからの干渉信号を帯域通過フィルタ(310)に通して、同時に前記干渉信号を掛け合わせ、外乱を除去し、前記目標点までの距離を決定するために周波数を測定する信号を取得するようにさらに配置されている請求項6に記載の距離測定システム。
- 前記周波数走査干渉法システムは、前記目標点までの距離を決定するために前記信号の正弦波周波数を測定するよう配置されている請求項7に記載の距離測定システム。
- 前記信号の高速フーリエ変換を計算し、前記目標点までの前記距離を決定する多項式フィッティングを実行することによって前記信号に対応するピークの位置を評価するように配置されているデータ解析システムをさらに含む請求項8に記載の距離測定システム。
- 周波数掃引レーザ源(180)から第1のビーム(101)を受ける工程と、
固定周波数ポンプレーザ源(190)から第2のビーム(102)を受ける工程と、
非線形光学アーティファクト(140)中で前記第1及び第2のビーム(101、102)を相互変調して前記第1のビーム(103)の反転複製物であって、前記ポンプレーザ源(190)の固定周波数に対して鏡像関係にある第3のビーム(103)を生成する工程と、
前記非線形光学アーティファクト(140)の出力からの前記第3のビーム(103)をフィルタリングする工程と、
前記第1及び第3のビーム(101、103)を周波数走査干渉法システム(200、300)に出力する工程とを含む
二重レーザ周波数掃引信号の生成を含む周波数走査干渉法を用いた距離の測定方法であって、
非線形光学アーティファクト(140)は、前記第1及び第2のビーム(101、102)への光学的周波数分離が前記非線形光学アーティファクト(140)のコヒーレント長条件を満たすように選択すなわち構成され、前記第1及び第2のビームが相互変調される時、非線形光学アーティファクト中で4光波混合を引き起こして前記第3のビーム(103)を生成し、
前記周波数走査干渉法システム(200、300)は干渉計(220)を含み、
前記方法は、
前記第1及び第3のビーム(101、103)を前記干渉計(220)を通って目標点を照射するよう導く工程と、
そこからの反射信号の周波数を測定する工程と、
そこから前記目標点までの距離を決定する工程をさらに含む測定方法。 - 前記第1のビームを第1及び第2の部分(101、101’)に分波し、前記第1の部分(101)を前記非線形光学アーティファクトに、前記第2の部分(101’)を前記周波数走査干渉法システム(200、300)に提供する工程をさらに含む請求項10に記載の方法。
- 前記周波数掃引レーザ源(180)からの前記ビームの前記第2の部分(101’)をさらなる干渉計(270)内に導き、そこから前記第1のビームの等間隔に対応するサンプリング信号を抽出する工程と、
前記サンプリング信号により制御された周波数で光ファイバに沿って逆に戻る前記第2のビームの光をサンプリングする工程とを含む請求項11に記載の方法。 - 前記干渉計からの第1と第3のビームからの干渉信号を、前記干渉計(220)から帯域通過フィルタ(310)に通す工程と、
同時に前記干渉信号を掛け合わせ、外乱を除去し、前記目標点までの距離を決定するために周波数を測定する信号を取得する工程をさらに含む請求項12に記載の方法。 - 前記目標点までの距離を決定するための前記信号の正弦波周波数を測定する工程をさらに含む請求項13に記載の方法。
- 前記信号の高速フーリエ変換を計算する工程と、
前記目標点までの前記距離を決定する多項式フィッティングを実行することによって前記信号に対応するピークの位置を評価する工程をさらに含む請求項14に記載の方法。
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