一种基于变频测相原理的飞秒激光测长装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于变频测相原理的飞秒激光测长装置及方法，属于长度测量技术领域。本发明专利技术包括飞秒激光器、滤波片、分光镜、第一平面反射镜、第二平面反射镜、第三平面反射镜、第一角耦反射棱镜、第二角耦反射棱镜、第一凹面反射镜、第二为凹面反射镜、聚焦透镜、第一光电探测器、第二光电探测器等，使用微调飞秒激光频率梳脉冲重复频率的方法取代了同时需要较大范围机械运动的参考臂调节和飞秒激光频率梳重复频率双重调节过程，通过不同的互质重复频率下的相位测量结果，以解不定方程形式判断重复周期个数，从而达到较快速的距离测量目的。本发明专利技术无须调节测量臂长，也不需要重复周期个数只能变化一个的苛刻条件即可实现距离测量。

Femtosecond laser length measuring device and method based on frequency conversion phase measuring principle

The invention relates to a femtosecond laser length measuring device and a method based on the frequency conversion phase measuring principle, which belongs to the technical field of length measurement. The present invention includes a femtosecond laser, filter, beam splitter, the first plane mirror and the second plane mirror and the third plane mirror, the first coupling angle reflection prism, second angle coupling first reflection prism, a concave mirror, the second is a concave mirror, a focusing lens, a first photodetector and the second photoelectric detectors, using the fine method femtosecond laser frequency comb pulse repetition frequency to replace the reference arm also need larger range of mechanical motion control and femtosecond laser frequency comb repetition frequency double adjustment process, the phase measurement results of Coprime repetition frequency different rates, the solutions of the Diophantine equation to determine the form number of repeat cycle, so as to achieve the purpose of rapid distance measurement. The invention does not need to adjust the length of the measuring arm, and does not need to repeat the requirement that the number of cycles can only change one.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于变频测相原理的飞秒激光测长装置及方法，属于长度测量

技术介绍
测长技术是人类最重要的基本工程技术之一。目前的使用测距方式的测长技术主要有时间法和空间法两类。空间法主要使用各种尺子直接测量距离和描述空间，如使用卡尺、皮尺、钢卷尺等等，距离有限并且准确度也有限。使用光波长作为尺子的测量方法即是通常的干涉测量法，可以获得更高的测量准确度和更长的距离。时间法主要借助于各种波动在空间或媒介中传输所需要的时间的测量，在均匀介质内传播速度恒定、传播方向不变的假设条件下获得空间距离，可以测量特别远的距离。例如使用声波、电磁波、光波等手段的各种雷达、测距机等等。但这些时间法使用的多数为脉冲测距原理，其测量准确度受到一定限制，不易达到很高。以飞秒激光测长为原理的测量方法，使用重复频率异常稳定的飞秒激光脉冲为激励光源，相当于在空中使用了一把具有精确刻度的激光尺，理论上可以获得更高的测量准确度，以及实现更远的测量距离。在测量原理实现上，使用测量臂和参考臂的光程差对应的距离确定待测距离(长度)。它共包含两部分，一部分是由光程差所包含信号重复周期个数所对应的空间距离，另一部分是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于变频测相原理的飞秒激光测长装置，其特征在于：包括飞秒激光器、滤波片、分光镜、第一平面反射镜、第二平面反射镜、第三平面反射镜、第一角耦反射棱镜、第二角耦反射棱镜、第一凹面反射镜、第二为凹面反射镜、聚焦透镜、第一光电探测器、第二光电探测器、第一带通滤波器以及第二带通滤波器；飞秒激光器用于产生重复频率fra、含有多个波长分量的飞秒激光，滤波片用于进行选通滤光，选出所需要的激光波长；分光镜将飞秒激光一分为二，分别去往参考臂和测量臂，第一平面反射镜、第二平面反射镜、第三平面反射镜、第一角耦反射棱镜、第二角耦反射棱镜、第一凹面反射镜以及第二凹面反射镜分别用于激光扩束和准直；聚焦透镜，用于激光汇聚，...

【技术特征摘要】
1.一种基于变频测相原理的飞秒激光测长装置，其特征在于：包括飞秒激光器、滤波片、分光镜、第一平面反射镜、第二平面反射镜、第三平面反射镜、第一角耦反射棱镜、第二角耦反射棱镜、第一凹面反射镜、第二为凹面反射镜、聚焦透镜、第一光电探测器、第二光电探测器、第一带通滤波器以及第二带通滤波器；飞秒激光器用于产生重复频率fra、含有多个波长分量的飞秒激光，滤波片用于进行选通滤光，选出所需要的激光波长；分光镜将飞秒激光一分为二，分别去往参考臂和测量臂，第一平面反射镜、第二平面反射镜、第三平面反射镜、第一角耦反射棱镜、第二角耦反射棱镜、第一凹面反射镜以及第二凹面反射镜分别用于激光扩束和准直；聚焦透镜，用于激光汇聚，第一光电探测器、第二光电探测器用于将光信号变成电信号；第一带通滤波器以及第二带通滤波器用于将电脉冲滤成正弦波；相位计在重复频率fra或其高次谐波上进行相位测量，并被转换成时间差用于列写测距方程。2.一种基于变频测相原理的飞秒激光测长装置的测长方法，其特征在于：实现步骤为：飞秒激光器输出重复频率fra的飞秒激光经过滤波片选通滤波后输出固定波长的脉冲光，经分光镜分别去往参考臂和测量臂，参考臂用于给测长确定零位置点；参考光经第一平面反射镜、第一角耦反射棱镜、第二角耦反射棱镜反射后，被第一光电探测器变成电脉冲信号，然后经过第一带通滤波器变成参考正弦信号进入相位计一端；测量光经第二凹面反射镜、第一凹面反射镜扩束和准直，然后经第二角耦反射棱镜、第三平面反射镜反射,以及聚焦透镜聚焦，被第二光电探测器变成电脉冲信号，然后经过第二带通滤波器变成测量正弦信号进入相位计另一端；待测距离D即为测量臂长DM与参考臂长DR间的光程差DM-DR；相位计在重复频率fra上的相位差读值为计算机和变重复频率距离测量方法部分用于将相位量值转换成时间量值，并给出测距方程，待测距离D用公式(1)至(4)表示：D=qla2+δa2---(1)]]>la=vgfra---(2)]]>vg=c(n-λdndλ)-1---(3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁志国，武腾飞，邢帅，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11