《基於光學頻率梳互相關的大尺寸絕對測距技術》是依託天津大學，由張福民擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於光學頻率梳互相關的大尺寸絕對測距技術
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張福民
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
雷射脈衝式測距技術具有測距範圍大、易於擴展、非接觸、無需輔助靶標、數據處理簡單等優勢。但傳統的雷射脈衝式測距技術受到時間分辨精度限榜盼譽擊制，測量精度較低，因此，為滿足高端裝備製造的超大尺寸精密測量需求，本課題探索一種雷射脈衝式大尺寸絕對測距技術的新思路。研究內容主要包括：1、基於光學頻率梳脈衝相位鎖定優勢，研究兩個脈衝在非線性晶體中的傳輸機理與互相關脈衝形成機制，獲取兩個脈衝時延與互相關信號強度之間的關係模型，將難以測量的超短時延轉換為易於直接測量的互相關脈衝光強信息。2、研究利用互相關信號反饋控制腔長，從而掃描光學頻率梳重複頻率，將測量脈衝鎖定到參考脈衝，直接將大尺寸距離測量溯源至光學頻率梳重複頻率，實現時間和長度的統一計量，實現基於互相關原理的新型大尺寸絕對測距技術。3、研究實驗技術，搭建差分互相關測距系統，減小噪聲，驗證基於光學頻率梳互相關的大尺寸絕對測距理論。
結題摘要
長度是七個基本物理量之一。光學頻率梳的出現與套用，為長距離的高精度測量提熱協精供了新的手段。本課題主要研究了以下幾付蘭承虹個方面： (1)分析了基於多脈衝干涉的絕對測距原理，並建立了多脈衝序列的一階和二階時間相關函式模型。針對高斯型等多種形狀的飛秒脈衝分別進行分析，表明相關干涉條紋的包絡與脈衝形狀相關，並得出一階和二階互相關干涉條紋峰值員諒兆點的位移量均與被測距離成正比的結論，研究成果發表在Optics Express等期刊上。 (2)分析了飛秒脈衝在大氣中的時域傳播特性，研究了色散對於脈衝展寬和互相關條紋的展寬影響，還針對溫度、濕度等4個環境因素的變化對互相關條紋峰值位置的影響進行了定量分析。精度分析表明測距精度主要受限於空氣折射率的測量精度，特別是溫度占主要影響。利用基頻和倍頻的互相關條紋信息分別進行測距實驗，驗證了不同的頻率傳輸時間不同，證明色散與脈衝傳輸距離成正比。 (3)搭建了基於多脈衝干涉的絕對測距系統，包含等臂干涉模組與非等臂干涉模組，並共用一個參考鏡，利用自相關信號為參考，避免了標犁拒雅定參考臂長。最大化條紋信噪比，並通過測量多脈衝序列的嬸市跨一階互相關和二階互相關信號，分別測量出飛行時間差進而求得被測距離。進行了27m的絕對測距實驗，結果表明本系統的最大測距誤差為64nm。 (4)將互相關條紋進行傅立葉變換後，研究了對應的頻域測距技術。從光譜干涉條紋中利用傅立葉變換或小波變換方法，可以獲得多個縱模的頻率及相位信息，從而解析出距離信息。結果表明最大可測範圍受限於光譜測量解析度。進行了58m的絕對測距實驗，最大測距誤差為40nm。 本項目打破了傳統上對脈衝式測距的認識，解決了傳統脈衝無法直接分辨飛秒級別時延的局限。利用光梳在時間計量上的準確性，使得脈衝測距同樣可以達到高精度，統一到時間基準上。為進一步挖掘新型光源的測距特性提供理論和實驗依據，具有重要學術意義。可套用於工業大尺寸測量技術中，為大飛機數位化裝配等重大技術裝備製造提供支撐技術頌煮。還可以對探月等其它要求高精度測距技術的科學領域提供借鑑意義。該課題後續仍需在擴大模糊範圍、提高測量速度等多方面繼續進行研究，以期早日實現套用。
