超快飛秒光學(xué)新工具！單腔雙光梳的精確測(cè)距應(yīng)用前景

介紹

單腔雙光梳技術(shù)是近年來光學(xué)領(lǐng)域備受矚目的研究方向之一,。這項(xiàng)技術(shù)不僅在光譜分析,、激光測(cè)距、厚膜檢測(cè),、泵浦探測(cè)等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景,，還為研究精密光譜學(xué)、量子光學(xué),、光子學(xué)等提供了全新的研究平臺(tái),。

正文

單腔雙光梳技術(shù)是近年來光學(xué)領(lǐng)域備受矚目的研究方向之一。它利用了光學(xué)微腔的特殊結(jié)構(gòu)和雙光梳的高度頻率穩(wěn)定性,，實(shí)現(xiàn)了在單個(gè)微腔中同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)頻率間隔均勻的光學(xué)頻率梳,。這項(xiàng)技術(shù)不僅在光譜分析、激光測(cè)距,、厚膜檢測(cè),、泵浦探測(cè)等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景,，還為研究精密光譜學(xué),、量子光學(xué)、光子學(xué)等提供了全新的研究平臺(tái),。

精確測(cè)距

精密測(cè)距在工業(yè)計(jì)量,、雷達(dá)測(cè)距、自主導(dǎo)航,、機(jī)器人遙感等眾多領(lǐng)域中都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,，可以實(shí)現(xiàn)物體的精確定位、微小變化的檢測(cè)以及動(dòng)態(tài)環(huán)境的高精度監(jiān)控,?；诩す獾募夹g(shù)，目前已經(jīng)有非常多的測(cè)距方法，例如飛行時(shí)間 (ToF) 測(cè)量,、干涉測(cè)量和調(diào)頻連續(xù)波測(cè)距,。這些方法大多利用光或電磁波的原理，根據(jù)傳播時(shí)間或相移的測(cè)量來確定距離,。

雙梳狀激光雷達(dá)

雙梳激光雷達(dá)是一種傳感技術(shù),，它結(jié)合了ToF和干涉測(cè)量原理，同時(shí)還利用了類似于 FMCW激光雷達(dá)的相干信號(hào)放大功能,。這種創(chuàng)新方法結(jié)合了這些技術(shù)的優(yōu)勢(shì),，實(shí)現(xiàn)高精度和快速的絕對(duì)距離測(cè)量。

傳統(tǒng)激光雷達(dá)系統(tǒng)通常依靠ToF或干涉測(cè)量法進(jìn)行距離測(cè)量,。ToF 測(cè)量激光脈沖傳播到物體并返回所需的時(shí)間,，而干涉測(cè)量法則分析激光束的干涉圖案。然而,，這兩種方法在測(cè)量精度,、速度或范圍方面都有局限性。

雙梳激光雷達(dá)通過利用兩個(gè)重復(fù)率略有不同的頻率梳克服了這些限制,。當(dāng)發(fā)射的光與目標(biāo)物體相互作用時(shí),，一部分光會(huì)被反射回來，同時(shí),，另一部分光也被參考端反射,。通過將目標(biāo)和參考物反射的來自一個(gè)梳子的光與來自另一梳子的光進(jìn)行干涉，并測(cè)量所得干涉圖案之間的延遲,，便可以獲得精確的距離測(cè)量,。

雙梳激光雷達(dá)的關(guān)鍵決定因素是脈沖帶寬、重復(fù)率和重復(fù)率差,。通過利用游標(biāo)效應(yīng)（即在同一測(cè)量中交換參考激光器和采樣激光器的角色）,，雙梳激光雷達(dá)可以實(shí)現(xiàn)極長(zhǎng)的測(cè)量范圍。 這個(gè)范圍可以延伸到數(shù)百公里,，已經(jīng)超出了大多數(shù)實(shí)際應(yīng)用的要求,。同時(shí)，系統(tǒng)仍然可以保持微米精度,，這是由脈沖持續(xù)時(shí)間（通常在亞皮秒范圍內(nèi)）和數(shù)據(jù)采集速度決定的,。除此之外，雙梳激光雷達(dá)還可以獲取干擾信號(hào),，從而實(shí)現(xiàn)亞波長(zhǎng)精度的測(cè)量,。這些綜合功能使雙梳激光雷達(dá)成為高精度測(cè)距應(yīng)用的強(qiáng)大技術(shù)手段。

采用單腔雙梳激光器的雙梳激光雷達(dá)

在雙梳激光雷達(dá)系統(tǒng)中使用單腔雙梳激光器對(duì)于實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用至關(guān)重要,。采用單腔設(shè)計(jì)可以使得系統(tǒng)變得更加緊湊,，更加適合集成到各種平臺(tái)和設(shè)備中。使用單腔激光源也無需進(jìn)行復(fù)雜的光學(xué)同步,，從而簡(jiǎn)化了整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu),，對(duì)于該技術(shù)的廣泛采用和商業(yè)化尤為重要。

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