基于飛秒光頻梳的絕對距離測量技術研究.pdf

1、長度作為七個基本物理量之一，其精確測量在前沿基礎科學和先進技術應用中具有極為重要的意義。隨著飛秒光頻梳的出現，飛秒脈沖激光器開始應用于絕對距離測量。相對于傳統測距方法中的連續(xù)激光、脈沖激光和白光等光源，鎖定的飛秒脈沖激光器具有十分獨特的優(yōu)勢，在時域上可以看作是一系列等間隔的脈沖序列，而頻域上則可以提供從微波頻率直到光頻的一系列等間隔頻率分布。本論文在國家自然科學基金和北京市自然科學基金的支持下，圍繞飛秒光學頻率梳絕對距離測量技術進行了深

2、入的研究和探索。主要研究內容包括以下幾個方面：
　　(1)分析了現有各種絕對距離測量方法，介紹了飛秒光學頻率梳絕對距離測量技術國內外研究現狀及發(fā)展趨勢。
　　(2)綜述了基于飛秒光學頻率梳的絕對距離測量原理，歸納了飛秒激光器光學頻率梳的應用和激光頻率鎖定與溯源的基本原理。
　　(3)在色散脈沖傳播理論的基礎上，提出了飛秒光學頻率梳引入非平衡邁克爾遜干涉儀的互相關離散模型。在考慮相速度、群速度和群延時色散前提下，建立了超

3、短脈沖在不同中心波長、頻譜形狀和大氣條件下絕對測距互相關模型。仿真結果表明，隨著傳播距離的增大互相關模型具有穩(wěn)定啁啾和線性加寬；而大氣壓強、溫度、濕度和二氧化碳含量的微小變化只引起互相關圖形的移動，不產生任何線性加寬或啁啾。
　　(4)在飛秒絕對測距互相關離散模型的基礎上，提出了飛秒光學頻率梳引入非平衡邁克爾遜干涉儀中的互相關連續(xù)模型。基于連續(xù)模型和二次近似算法研究了互相關中最亮條紋的位置，得到互相關圖案中最亮條紋的位置隨延遲距離

4、做非線性變化，當達到一定距離后，最亮條紋移動呈線性變化。提出了非線性色散深度的概念，當距離大于非線性色散深度時，互相關的形成由光譜輪廓確定，而相干模式的每個強度點只由一個固定頻率確定。
　　(5)在白光色散干涉的基礎上，提出了光譜分辨干涉飛秒絕對測距方法。分析了理想采樣下以及光學頻率梳濾出模式（3648和1824兩個模式數量）情況下，光譜分辨干涉方法的性能指標。仿真結果表明光譜分辨干涉法的最小測量距離為6.3μm，非模糊范圍為5.