基于飛秒光頻梳的絕對距離測量技術(shù)研究.pdf

1、長度作為七個(gè)基本物理量之一，其精確測量在前沿基礎(chǔ)科學(xué)和先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用中具有極為重要的意義。隨著飛秒光頻梳的出現(xiàn)，飛秒脈沖激光器開始應(yīng)用于絕對距離測量。相對于傳統(tǒng)測距方法中的連續(xù)激光、脈沖激光和白光等光源，鎖定的飛秒脈沖激光器具有十分獨(dú)特的優(yōu)勢，在時(shí)域上可以看作是一系列等間隔的脈沖序列，而頻域上則可以提供從微波頻率直到光頻的一系列等間隔頻率分布。本論文在國家自然科學(xué)基金和北京市自然科學(xué)基金的支持下，圍繞飛秒光學(xué)頻率梳絕對距離測量技術(shù)進(jìn)行了深

2、入的研究和探索。主要研究內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
　　(1)分析了現(xiàn)有各種絕對距離測量方法，介紹了飛秒光學(xué)頻率梳絕對距離測量技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。
　　(2)綜述了基于飛秒光學(xué)頻率梳的絕對距離測量原理，歸納了飛秒激光器光學(xué)頻率梳的應(yīng)用和激光頻率鎖定與溯源的基本原理。
　　(3)在色散脈沖傳播理論的基礎(chǔ)上，提出了飛秒光學(xué)頻率梳引入非平衡邁克爾遜干涉儀的互相關(guān)離散模型。在考慮相速度、群速度和群延時(shí)色散前提下，建立了超

3、短脈沖在不同中心波長、頻譜形狀和大氣條件下絕對測距互相關(guān)模型。仿真結(jié)果表明，隨著傳播距離的增大互相關(guān)模型具有穩(wěn)定啁啾和線性加寬；而大氣壓強(qiáng)、溫度、濕度和二氧化碳含量的微小變化只引起互相關(guān)圖形的移動，不產(chǎn)生任何線性加寬或啁啾。
　　(4)在飛秒絕對測距互相關(guān)離散模型的基礎(chǔ)上，提出了飛秒光學(xué)頻率梳引入非平衡邁克爾遜干涉儀中的互相關(guān)連續(xù)模型?；谶B續(xù)模型和二次近似算法研究了互相關(guān)中最亮條紋的位置，得到互相關(guān)圖案中最亮條紋的位置隨延遲距離

4、做非線性變化，當(dāng)達(dá)到一定距離后，最亮條紋移動呈線性變化。提出了非線性色散深度的概念，當(dāng)距離大于非線性色散深度時(shí)，互相關(guān)的形成由光譜輪廓確定，而相干模式的每個(gè)強(qiáng)度點(diǎn)只由一個(gè)固定頻率確定。
　　(5)在白光色散干涉的基礎(chǔ)上，提出了光譜分辨干涉飛秒絕對測距方法。分析了理想采樣下以及光學(xué)頻率梳濾出模式（3648和1824兩個(gè)模式數(shù)量）情況下，光譜分辨干涉方法的性能指標(biāo)。仿真結(jié)果表明光譜分辨干涉法的最小測量距離為6.3μm，非模糊范圍為5.