超快飛秒光學(xué)新工具！單腔雙光梳的精確測距應(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。這項技術(shù)不僅在光譜分析、激光測距、厚膜檢測、泵浦探測等領(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。

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，實現(xiàn)了在單個微腔中同時產(chǎn)生兩個頻率間隔均勻的光學(xué)頻率梳。這項技術(shù)不僅在光譜分析、激光測距、厚膜檢測、泵浦探測等領(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。

精確測距

精密測距在工業(yè)計量、雷達測距、自主導(dǎo)航、機器人遙感等眾多領(lǐng)域中都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，可以實現(xiàn)物體的精確定位、微小變化的檢測以及動態(tài)環(huán)境的高精度監(jiān)控。基于激光的技術(shù)，目前已經(jīng)有非常多的測距方法，例如飛行時間 (ToF) 測量、干涉測量和調(diào)頻連續(xù)波測距。這些方法大多利用光或電磁波的原理，根據(jù)傳播時間或相移的測量來確定距離。

雙梳狀激光雷達

雙梳激光雷達是一種尖端傳感技術(shù)，它結(jié)合了ToF和干涉測量原理，同時還利用了類似于 FMCW激光雷達的相干信號放大功能。這種創(chuàng)新方法結(jié)合了這些技術(shù)的優(yōu)勢，實現(xiàn)高精度和快速的絕對距離測量。

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

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

雙梳激光雷達的關(guān)鍵決定因素是脈沖帶寬、重復(fù)率和重復(fù)率差。通過利用游標效應(yīng)（即在同一測量中交換參考激光器和采樣激光器的角色），雙梳激光雷達可以實現(xiàn)極長的測量范圍。 這個范圍可以延伸到數(shù)百公里，已經(jīng)超出了大多數(shù)實際應(yīng)用的要求。同時，系統(tǒng)仍然可以保持微米精度，這是由脈沖持續(xù)時間（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，雙梳激光雷達還可以獲取干擾信號，從而實現(xiàn)亞波長精度的測量。這些綜合功能使雙梳激光雷達成為高精度測距應(yīng)用的強大技術(shù)手段。

采用單腔雙梳激光器的雙梳激光雷達

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

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