一种多轴全光纤双光梳大尺寸绝对测距系统技术方案

本发明专利技术提供的一种多轴全光纤双光梳大尺寸绝对测距系统，涉及大尺寸精密测量领域。该多轴全光纤双光梳大尺寸绝对测距系统包括光梳光源模块，光梳光源模块用于提供探测脉冲和本振脉冲；异步采样光路模块，异步采样光路模块用于获得测量信号和参考信号，通过本振脉冲对探测脉冲中的测量脉冲和参考脉冲进行异步采样；信号获取模块，信号获取模块用于对获取的光信号经滤波等后处理转换为电信号；多轴光路模块，多轴光路模块用于将测距光路多轴化，利用光开关进行分别探测，可以通过增加测量路径拓展其应用场景。本发明专利技术提供的多轴全光纤双光梳大尺寸绝对测距系统可以提高实用性与灵活性，能有效避免混叠盲区，且能够压缩测量成本。本。本。

【技术实现步骤摘要】
一种多轴全光纤双光梳大尺寸绝对测距系统


[0001]本专利技术涉及大尺寸精密测量领域，具体而言，涉及一种多轴全光纤双光梳大尺寸绝对测距系统。

技术介绍

[0002]长度量作为七个基本物理量之一，其作用在前沿基础科学和先进技术应用中的重大意义不言而喻，特别是在高端设备制造以及航空航天工程中，精准的大尺寸计量至关重要。随着飞秒光学频率梳的出现，开始逐步应用于绝对距离测量。由于能够将光频域和射频域进行链接，通过锁定至原子钟等频率标准能够使大尺寸测距的现场量值溯源成为可能。飞秒光学频率梳是一系列等间隔分布、高相干的光学纵模构成的宽光谱光源，相对于传统的连续激光、脉冲激光和白光光源等具有独特的优势。
[0003]其中双飞秒光学频率梳(双光梳)系统可以实现大量程、高精度、高速率的绝对距离测量。双光梳系统在测量过程中的关键技术是作为本振的光梳对另一个作为信号的光梳进行时域采样，以获得计算距离的异步光学采样信号。与传统的飞行时间法测量方法相比，该方法通过异步采样光路将超快光脉冲向下转换到更低带宽的射频域，对光电探测器带宽的要求大大放宽。与仅适用于位移测量的传统激光干涉仪相比，无需机械延迟扫描装置即可实现绝对距离测量，且不受测量中的断光影响。
[0004]然而当探测光梳的参考脉冲和测量脉冲与本振光梳在同一时刻发生相干时，传统的基于单探测器探测的空间双光梳测距系统将会周期性存在测量的混叠盲区，即测量信号与参考信号恰好在时域上重叠从而影响测量结果。并且，空间探测的异步采样光路结构复杂且不便于集成，在需要紧凑型设计的工业场景中将严重限制测量装置的灵活性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的包括，例如，提供一种多轴全光纤双光梳大尺寸绝对测距系统，其可以提高实用性与灵活性，能有效避免混叠盲区，且能够压缩测量成本。
[0006]本专利技术的实施例可以这样实现：
[0007]本专利技术实施例提供一种多轴全光纤双光梳大尺寸绝对测距系统，包括：
[0008]光梳光源模块，所述光梳光源模块用于提供探测脉冲和本振脉冲；
[0009]异步采样光路模块，所述异步采样光路模块用于获得测量信号和参考信号，并通过本振脉冲对所述探测脉冲中的测量脉冲和所述参考脉冲进行异步采样；
[0010]信号获取模块，所述信号获取模块用于对获取的光信号经滤波等后处理后通过光电探测器接收；
[0011]多轴光路模块，所述多轴光路模块用于将测距光路多轴化。
[0012]进一步地，在可选的实施例中，所述光梳光源模块包括探测光梳和本振光梳，所述探测光梳用于提供探测脉冲，所述本振光梳用于提供本振脉冲。
[0013]进一步地，在可选的实施例中，所述异步采样光路模块包括第一光纤耦合器、第二
光纤耦合器、第三光纤耦合器、第四光纤耦合器、第一环形器、第二环形器、第一准直器、光纤反射器和测量角锥棱镜；
[0014]所述第一光纤耦合器位于所述探测光梳后，所述第一环形器和所述第二环形器均位于所述第一光纤耦合器后；所述光纤反射器位于所述第一环形器后，以使所述探测光梳、所述第一光纤耦合器、所述第一环形器和所述光纤反射器形成参考光路；所述第一准直器、所述测量角锥棱镜依次布置于所述第二环形器后，以使所述探测光梳、所述第一光纤耦合器、所述第二环形器、所述第一准直器和所述测量角锥棱镜形成测量光路；
[0015]所述第二光纤耦合器位于所述本振光梳后，所述第三光纤耦合器和所述第四光纤耦合器均位于所述第二光纤耦合器后，所述信号获取模块分别布置于所述第三光纤耦合器和所述第四光纤耦合器后。
[0016]进一步地，在可选的实施例中，所述信号获取模块包括第二准直器、第三准直器、第一滤光片、第二滤光片、第一凸透镜、第二凸透镜、第一光电探测器和第二光电探测器；
[0017]所述第二准直器、所述第一滤光片、所述第一凸透镜、所述第一光电探测器依次布置于所述第三光纤耦合器后，以使所述本振光梳、所述第二光纤耦合器、所述第三光纤耦合器、所述第二准直器、所述第一滤光片、所述第一凸透镜和所述第一光电探测器形成参考信号探测光路；
[0018]所述第三准直器、所述第二滤光片、所述第二凸透镜和所述第二光电探测器依次布置与所述第四光纤耦合器后，以使所述本振光梳、所述第二光纤耦合器、所述第四光纤耦合器、所述第三准直器、所述第二滤光片、所述第二凸透镜和所述第二光电探测器形成测量信号探测光路。
[0019]进一步地，在可选的实施例中，所述多轴光路模块包括多路光纤分束器、第二环形器、第一准直器、测量角锥棱镜以及多路光开关；
[0020]所述多路光纤分束器用于将光纤分成多路，所述第二环形器、所述第一准直器和所述测量角锥棱镜依次布置，且包括多组，分别与经所述多路光纤分束器分成的光束对应，所述多路光开关分别与多个所述第二环形器和所述第四光纤耦合器连接，用于将多个所述第二环形器通过所述多路光开关后与所述第四光纤耦合器连接。
[0021]进一步地，在可选的实施例中，所述多路光纤分路器用于将光纤分成多路，所述第二环形器、所述第一准直器和所述测量角锥棱镜依次布置为多组。
[0022]进一步地，在可选的实施例中，所述第一准直镜可以用望远镜或者扩束器减小激光发散角，拓展测量量程。
[0023]进一步地，在可选的实施例中，所述第一滤光片和第二滤光片均为窄带滤光片。
[0024]本专利技术提供的一种多轴全光纤双光梳大尺寸绝对测距系统具有以下有益效果：本专利技术在空间双光梳异步采样光路的基础上进行了优化与全光纤化，将大量昂贵、沉重且需要熟练操作才能使用的光学器件替换成了经济、轻便且拆装便携的光纤，将双光梳异步采样光路系统高度简化，方便拆卸和搬运，便于对比和校验，降低了对使用人员专业程度的要求，提高了实用性与经济性。通过光纤耦合器将测量光路与参考光路分开，使本振光梳可对其进行扫描而不会相互干扰，最后使用了两个光电探测器分别接收测量脉冲与参考脉冲，从而避免了混叠盲区的产生。通过布置光纤分束器和高速光开关控制系统实现多目标绝对距离的探测与解耦，该方法将进一步打破单一维度绝对测距的应用限制，为三维空间坐标
测量的场景提供高速、高精度、无盲区的多轴绝对测距方法，有效避免了传统采用多台仪器组合的测量模式，通过单一光源测量并采用同一长度标准，极大地压缩了测量成本。本专利技术实施例可以提高实用性与经济性，能有效避免混叠盲区，且能够压缩测量成本。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0026]图1为本专利技术具体实施例所述的多轴全光纤双光梳大尺寸绝对测距系统的结构示意图；
[0027]图2为本专利技术具体实施例所述的多轴测距拓展模块的示意图。
[0028]图标：1
‑
探测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多轴全光纤双光梳大尺寸绝对测距系统，其特征在于，包括：光梳光源模块，所述光梳光源模块用于提供探测脉冲和本振脉冲；异步采样光路模块，所述异步采样光路模块用于获得测量信号和参考信号，并通过所述本振脉冲对所述探测脉冲中的测量脉冲和参考脉冲进行异步采样；信号获取模块，所述信号获取模块用于对获取的光信号进行处理，并在处理后通过光电探测器接收；多轴光路模块，所述多轴光路模块用于将测距光路多轴化。2.根据权利要求1所述的多轴全光纤双光梳大尺寸绝对测距系统，其特征在于，所述光梳光源模块包括探测光梳(1)和本振光梳(2)，所述探测光梳(1)用于提供探测脉冲，所述探测脉冲包括测量脉冲和参考脉冲，所述本振光梳(2)用于提供本振脉冲。3.根据权利要求2所述的多轴全光纤双光梳大尺寸绝对测距系统，其特征在于，所述异步采样光路模块包括第一光纤耦合器(3)、第二光纤耦合器(4)、第三光纤耦合器(5)、第四光纤耦合器(6)、第一环形器(7)、第二环形器(8)、第一准直器(9)、光纤反射器(16)和测量角锥棱镜(17)；所述第一光纤耦合器(3)位于所述探测光梳(1)后，所述第一环形器(7)和所述第二环形器(8)均位于所述第一光纤耦合器(3)后；所述光纤反射器(16)位于所述第一环形器(7)后，以使所述探测光梳(1)、所述第一光纤耦合器(3)、所述第一环形器(7)和所述光纤反射器(16)形成参考光路；所述第一准直器(9)、所述测量角锥棱镜(17)依次布置于所述第二环形器(8)后，以使所述探测光梳(1)、所述第一光纤耦合器(3)、所述第二环形器(8)、所述第一准直器(9)和所述测量角锥棱镜(17)形成测量光路；所述第二光纤耦合器(4)位于所述本振光梳(2)后，所述第三光纤耦合器(5)和所述第四光纤耦合器(6)均位于所述第二光纤耦合器(4)后，所述信号获取模块分别布置于所述第三光纤耦合器(5)和所述第四光纤耦合器(6)后。4.根据权利要求3所述的多轴全光纤双光梳大尺寸绝对测距系统，其特征在于，所述信号获取模块包括第二准直器(10)、第三准直器(11)、第一滤光片(12)、第二滤光片(13)、第...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洋，赫明钊，谢志奇，缪东晶，李建双，
申请(专利权)人：中国计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：