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一种光学频率梳绝对测距的新方法

吴翰钟 曹士英 张福民 邢书剑 曲兴华

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一种光学频率梳绝对测距的新方法

吴翰钟, 曹士英, 张福民, 邢书剑, 曲兴华

A new method of measuring absolute distance by using optical frequency comb

Wu Han-Zhong, Cao Shi-Ying, Zhang Fu-Min, Xing Shu-Jian, Qu Xing-Hua
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  • 采用光学频率梳的高精度绝对距离测量技术在航空航天、科学研究和工业生产等领域都发挥着重要作用. 提出一种利用光学频率梳技术,通过检测光强实现绝对距离测量的新方法,研究了光学频率梳发出脉冲的时间相干性,分析了光强与被测距离之间的关系、干涉条纹峰值点位置与被测距离之间的关系. 建立了基于Michelson干涉原理的测距系统,通过测量光强信息得到被测距离. 以高精度纳米位移平台的位移量作为长度基准进行了绝对测距实验,在每个被测距离点都重复进行了10次实验,将10次实验测得的光强值取平均后用于距离的计算. 实验结果表明,该方法可以实现绝对距离测量,在10 μm测量范围内,最大误差为47 nm. 因此,该方法可以应用于大尺寸高精度的绝对距离测量.
    High-accuracy ranging system is of significance both in future space-based sciences and in large-scale manufacture. Based on the light intensity, a method of measuring absolute distance in a long range by using the optical frequency comb is demonstrated. The temporal coherence of the pulses emitted from the optical comb is analyzed. The measurement principle is introduced. The peak position of the interference fringe is analyzed, which can contribute to the distance measurement, and numerical simulations are also developed correspondingly. The experimental results show that the absolute distance measurement can be realized. This method can be used to measure a large-scale distance.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:51105274)、高等学校博士学科点专项科研基金(批准号:20120032130002)和精密测试技术及仪器国家重点实验室基金(批准号:pil1201)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 51105274), the Specialized Research Fund for the Doctoral Program of Institution of Higher Education of China (Grant No. 20120032130002), and the Foundation of State Key Laboratory of Precision Measurement Technology and Instruments, China (Grant No. pil1201).
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-12-18
  • 修回日期:  2014-01-13
  • 刊出日期:  2014-05-05

一种光学频率梳绝对测距的新方法

  • 1. 天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072;
  • 2. 中国计量科学研究院时间频率计量研究所, 北京 100013
    基金项目: 国家自然科学基金(批准号:51105274)、高等学校博士学科点专项科研基金(批准号:20120032130002)和精密测试技术及仪器国家重点实验室基金(批准号:pil1201)资助的课题.

摘要: 采用光学频率梳的高精度绝对距离测量技术在航空航天、科学研究和工业生产等领域都发挥着重要作用. 提出一种利用光学频率梳技术,通过检测光强实现绝对距离测量的新方法,研究了光学频率梳发出脉冲的时间相干性,分析了光强与被测距离之间的关系、干涉条纹峰值点位置与被测距离之间的关系. 建立了基于Michelson干涉原理的测距系统,通过测量光强信息得到被测距离. 以高精度纳米位移平台的位移量作为长度基准进行了绝对测距实验,在每个被测距离点都重复进行了10次实验,将10次实验测得的光强值取平均后用于距离的计算. 实验结果表明,该方法可以实现绝对距离测量,在10 μm测量范围内,最大误差为47 nm. 因此,该方法可以应用于大尺寸高精度的绝对距离测量.

English Abstract

参考文献 (25)

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