超快飛(fei)秒光(guang)學新工具！單腔雙光(guang)梳(shu)的精確測距應用前景

介紹

單腔(qiang)雙(shuang)光(guang)(guang)梳(shu)技術(shu)是近(jin)年來光(guang)(guang)學領(ling)域備受(shou)矚目的研究方向之一。這(zhe)項技術(shu)不僅在光(guang)(guang)譜(pu)分析(xi)、激光(guang)(guang)測(ce)距、厚膜檢測(ce)、泵(beng)浦探測(ce)等(deng)領(ling)域具有重要應(ying)用前景(jing)，還為(wei)研究精密光(guang)(guang)譜(pu)學、量子(zi)光(guang)(guang)學、光(guang)(guang)子(zi)學等(deng)提供(gong)了全新的研究平臺(tai)。

正文

單腔雙光(guang)(guang)(guang)梳(shu)技術是近(jin)年來光(guang)(guang)(guang)學(xue)領域備受矚(zhu)目的研(yan)究(jiu)方向之一。它利用(yong)了光(guang)(guang)(guang)學(xue)微(wei)腔的特殊結構和(he)雙光(guang)(guang)(guang)梳(shu)的高度(du)頻率(lv)(lv)穩定性，實現了在(zai)單個微(wei)腔中(zhong)同時(shi)產生(sheng)兩個頻率(lv)(lv)間隔均勻的光(guang)(guang)(guang)學(xue)頻率(lv)(lv)梳(shu)。這項技術不僅在(zai)光(guang)(guang)(guang)譜分析(xi)、激光(guang)(guang)(guang)測(ce)距(ju)、厚膜(mo)檢(jian)測(ce)、泵(beng)浦探測(ce)等(deng)領域具有重要應用(yong)前景，還為研(yan)究(jiu)精密光(guang)(guang)(guang)譜學(xue)、量(liang)子(zi)光(guang)(guang)(guang)學(xue)、光(guang)(guang)(guang)子(zi)學(xue)等(deng)提供了全新(xin)的研(yan)究(jiu)平臺(tai)。

精確測距

精(jing)密測(ce)(ce)(ce)距在工業計量(liang)(liang)、雷(lei)達測(ce)(ce)(ce)距、自主導航、機(ji)器人遙感等眾多領域(yu)中(zhong)都發揮著至關重要的(de)作用，可以實(shi)現物體的(de)精(jing)確定(ding)位、微小(xiao)變化(hua)的(de)檢測(ce)(ce)(ce)以及動(dong)態環境的(de)高精(jing)度監控。基于激光的(de)技術，目前(qian)已經有(you)非常多的(de)測(ce)(ce)(ce)距方法，例如(ru)飛(fei)行時間 (ToF) 測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)、干涉測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)和調(diao)頻連續波測(ce)(ce)(ce)距。這些方法大多利用光或電磁波的(de)原理，根據傳播(bo)時間或相移的(de)測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)來確定(ding)距離。

雙梳狀激光雷(lei)達(da)

雙梳激光(guang)雷達是一種傳感技術，它(ta)結合了ToF和(he)干涉測量原(yuan)理，同時還利用了類似(si)于(yu) FMCW激光(guang)雷達的(de)相(xiang)干信號(hao)放大功能。這(zhe)種創新方法結合了這(zhe)些技術的(de)優勢，實現高精度和(he)快速(su)的(de)絕對距離測量。

傳統(tong)(tong)激(ji)光(guang)雷(lei)達系統(tong)(tong)通常依靠(kao)ToF或干涉(she)測(ce)(ce)量(liang)法進行(xing)距離測(ce)(ce)量(liang)。ToF 測(ce)(ce)量(liang)激(ji)光(guang)脈沖傳播到物體并(bing)返回所需的(de)時間(jian)，而(er)干涉(she)測(ce)(ce)量(liang)法則分析激(ji)光(guang)束(shu)的(de)干涉(she)圖案。然(ran)而(er)，這兩種方(fang)法在測(ce)(ce)量(liang)精度、速度或范圍方(fang)面都有局(ju)限性。

雙梳(shu)激光(guang)(guang)雷達通過利用兩(liang)個重復率(lv)(lv)略有不同(tong)的(de)(de)頻率(lv)(lv)梳(shu)克(ke)服(fu)了這些限制(zhi)。當(dang)發(fa)射(she)(she)的(de)(de)光(guang)(guang)與目標物體(ti)相互作用時，一部(bu)分(fen)光(guang)(guang)會被(bei)反射(she)(she)回來，同(tong)時，另一部(bu)分(fen)光(guang)(guang)也被(bei)參考端反射(she)(she)。通過將目標和參考物反射(she)(she)的(de)(de)來自一個梳(shu)子的(de)(de)光(guang)(guang)與來自另一梳(shu)子的(de)(de)光(guang)(guang)進行干涉(she)，并測(ce)量(liang)所(suo)得干涉(she)圖案之(zhi)間的(de)(de)延(yan)遲，便(bian)可(ke)以(yi)獲(huo)得精確的(de)(de)距離測(ce)量(liang)。

雙梳(shu)(shu)激(ji)光雷(lei)(lei)(lei)(lei)達(da)的關鍵決定因(yin)素(su)是脈(mo)沖帶寬、重復率和(he)重復率差。通過(guo)利(li)用游標效應（即(ji)在同一測量(liang)(liang)中(zhong)交換參(can)考激(ji)光器(qi)和(he)采樣激(ji)光器(qi)的角色(se)），雙梳(shu)(shu)激(ji)光雷(lei)(lei)(lei)(lei)達(da)可(ke)以實現極(ji)長(chang)的測量(liang)(liang)范圍。 這個范圍可(ke)以延伸到數百公里，已經超出(chu)了大多數實際應用的要(yao)求。同時(shi)，系統仍然(ran)可(ke)以保(bao)持微米精(jing)度，這是由脈(mo)沖持續時(shi)間(jian)（通常(chang)在亞皮秒范圍內）和(he)數據(ju)采集速(su)度決定的。除此(ci)之外(wai)，雙梳(shu)(shu)激(ji)光雷(lei)(lei)(lei)(lei)達(da)還可(ke)以獲(huo)取(qu)干擾信號，從而實現亞波(bo)長(chang)精(jing)度的測量(liang)(liang)。這些(xie)綜合(he)功能使雙梳(shu)(shu)激(ji)光雷(lei)(lei)(lei)(lei)達(da)成為(wei)高精(jing)度測距(ju)應用的強大技術手段。

采用單腔雙梳激(ji)光器的(de)雙梳激(ji)光雷達

在雙梳激(ji)光(guang)雷達(da)系統(tong)中(zhong)使用(yong)單腔(qiang)(qiang)雙梳激(ji)光(guang)器對于(yu)實現該(gai)技術的(de)實際應用(yong)至關重(zhong)要。采(cai)用(yong)單腔(qiang)(qiang)設(she)計可以使得(de)系統(tong)變得(de)更加緊湊，更加適合(he)集成到各種平臺和設(she)備(bei)中(zhong)。使用(yong)單腔(qiang)(qiang)激(ji)光(guang)源也(ye)無需(xu)進(jin)行復雜的(de)光(guang)學同步(bu)，從而(er)簡化(hua)了(le)整個系統(tong)架(jia)構，對于(yu)該(gai)技術的(de)廣泛采(cai)用(yong)和商業(ye)化(hua)尤為重(zhong)要。

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