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(dāng)發(fā)射的光與目標(biāo)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(biāo)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(biāo)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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