搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

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

引用本文:
Citation:

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
PDF
导出引用
  • 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).
    [1]

    Wu X J, Wei H Y, Zhu M H, Zhang J T, Li Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 180601 (in Chinese) [吴学健, 尉昊赟, 朱敏昊, 张继涛, 李岩 2012 61 180601]

    [2]

    Zhu M H, Wu X J, Wei H Y, Zhang L Q, Zhang J T, Li Y 2013 Acta Phys. Sin. 62 070702 (in Chinese) [朱敏昊, 吴学健, 尉昊赟, 张丽琼, 张继涛, 李岩 2013 62 070702]

    [3]

    Xing S J, Zhang F M, Cao S Y, Wang G W, Qu X H 2013 Acta Phys. Sin. 62 170603 (in Chinese) [邢书剑, 张福民, 曹士英, 王高文, 曲兴华 2013 62 170603]

    [4]

    Meng F, Cao S Y, Cai Y, Wang G Z, Cao J P, Li T C, Fang Z J 2011 Acta Phys. Sin. 60 100601 (in Chinese) [孟飞, 曹士英, 蔡岳, 王贵重, 曹建平, 李天初, 方占军 2011 60 100601]

    [5]

    Cui M, Zeitouny M G, Bhattacharya N, van den Berg S A, Urbach H P 2011 Opt. Express 19 6549

    [6]

    Joo K N, Kim Y, Kim S W 2008 Opt. Express 16 19799

    [7]

    Balling P, Křen P, Mašika P, van den Berg S A 2009 Opt. Express 17 9300

    [8]

    Joo K N, Kim S W 2007 Opt. Lett. 32 647

    [9]

    Wang G C, Yan S H, Yang J, Lin C B, Yang D X, Zou P F 2013 Acta Phys. Sin. 62 070601 (in Chinese) [王国超, 颜树华, 杨俊, 林存宝, 杨东兴, 邹鹏飞 2013 62 070601]

    [10]

    Wang X N, Takahashi S, Takamasu K, Matsumoto H 2012 Opt. Express 20 2725

    [11]

    Ye J, Cundiff S T 2005 Femtosecond Optical Frequency Comb: Principle, Operation, and Applications (New York: Springer) pp12-23

    [12]

    Yi L, Yuan J, Qi X H, Chen W L, Zhou D W, Zhou T, Zhou X J, Chen X Z 2009 Chin. Phys. B 18 1409

    [13]

    Zhang Y C, Wu J Z, Li Y Q, Jin L, Ma J, Wang L R, Zhao Y T, Xiao L T, Jia S T 2012 Chin. Phys. B 21 113701

    [14]

    Cao S Y, Meng F, Lin B K, Fang Z J, Li T C 2012 Acta Phys. Sin. 61 134205 (in Chinese) [曹士英, 孟飞, 林百科, 方占军, 李天初 2012 61 134205]

    [15]

    Minoshima K, Matsumoto H 2000 Appl. Opt. 39 5512

    [16]

    Ye J 2004 Opt. Lett. 29 1153

    [17]

    Joo K N, Kim S W 2006 Opt. Express 14 5954

    [18]

    Schuhler N, Salvadé Y, Léêque S, Dändliker R, Holzwarth R 2006 Opt. Lett. 31 3101

    [19]

    van den Berg S A, Persijn S T, Kok G J P 2012 Phys. Rev. Lett. 108 183901

    [20]

    Coddington I, Swann W C, Nenadovic L, Newbury N R 2009 Nat. Photon. 3 351

    [21]

    Lee J, Kim Y, Lee K, Lee S, Kim S 2010 Nat. Photon. 4 716

    [22]

    Matsumoto H, Wang X N, Takamasu K, Aoto T 2012 Appl. Phys. Express 5 046601

    [23]

    Wei D, Takahashi S, Takamasu K, Matsumoto H 2009 Opt. Express 17 7011

    [24]

    Cui M, Zeitouny M G, Bhattacharya N, van den Berg S A, Urbach H P, Braat J J M 2009 Opt. Lett. 34 1982

    [25]

    Zeitouny M G, Cui M, Bhattacharya N, Urbach H P, van den Berg S A, Janssen A J E M 2010 Phys. Rev. A 82 023808

  • [1]

    Wu X J, Wei H Y, Zhu M H, Zhang J T, Li Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 180601 (in Chinese) [吴学健, 尉昊赟, 朱敏昊, 张继涛, 李岩 2012 61 180601]

    [2]

    Zhu M H, Wu X J, Wei H Y, Zhang L Q, Zhang J T, Li Y 2013 Acta Phys. Sin. 62 070702 (in Chinese) [朱敏昊, 吴学健, 尉昊赟, 张丽琼, 张继涛, 李岩 2013 62 070702]

    [3]

    Xing S J, Zhang F M, Cao S Y, Wang G W, Qu X H 2013 Acta Phys. Sin. 62 170603 (in Chinese) [邢书剑, 张福民, 曹士英, 王高文, 曲兴华 2013 62 170603]

    [4]

    Meng F, Cao S Y, Cai Y, Wang G Z, Cao J P, Li T C, Fang Z J 2011 Acta Phys. Sin. 60 100601 (in Chinese) [孟飞, 曹士英, 蔡岳, 王贵重, 曹建平, 李天初, 方占军 2011 60 100601]

    [5]

    Cui M, Zeitouny M G, Bhattacharya N, van den Berg S A, Urbach H P 2011 Opt. Express 19 6549

    [6]

    Joo K N, Kim Y, Kim S W 2008 Opt. Express 16 19799

    [7]

    Balling P, Křen P, Mašika P, van den Berg S A 2009 Opt. Express 17 9300

    [8]

    Joo K N, Kim S W 2007 Opt. Lett. 32 647

    [9]

    Wang G C, Yan S H, Yang J, Lin C B, Yang D X, Zou P F 2013 Acta Phys. Sin. 62 070601 (in Chinese) [王国超, 颜树华, 杨俊, 林存宝, 杨东兴, 邹鹏飞 2013 62 070601]

    [10]

    Wang X N, Takahashi S, Takamasu K, Matsumoto H 2012 Opt. Express 20 2725

    [11]

    Ye J, Cundiff S T 2005 Femtosecond Optical Frequency Comb: Principle, Operation, and Applications (New York: Springer) pp12-23

    [12]

    Yi L, Yuan J, Qi X H, Chen W L, Zhou D W, Zhou T, Zhou X J, Chen X Z 2009 Chin. Phys. B 18 1409

    [13]

    Zhang Y C, Wu J Z, Li Y Q, Jin L, Ma J, Wang L R, Zhao Y T, Xiao L T, Jia S T 2012 Chin. Phys. B 21 113701

    [14]

    Cao S Y, Meng F, Lin B K, Fang Z J, Li T C 2012 Acta Phys. Sin. 61 134205 (in Chinese) [曹士英, 孟飞, 林百科, 方占军, 李天初 2012 61 134205]

    [15]

    Minoshima K, Matsumoto H 2000 Appl. Opt. 39 5512

    [16]

    Ye J 2004 Opt. Lett. 29 1153

    [17]

    Joo K N, Kim S W 2006 Opt. Express 14 5954

    [18]

    Schuhler N, Salvadé Y, Léêque S, Dändliker R, Holzwarth R 2006 Opt. Lett. 31 3101

    [19]

    van den Berg S A, Persijn S T, Kok G J P 2012 Phys. Rev. Lett. 108 183901

    [20]

    Coddington I, Swann W C, Nenadovic L, Newbury N R 2009 Nat. Photon. 3 351

    [21]

    Lee J, Kim Y, Lee K, Lee S, Kim S 2010 Nat. Photon. 4 716

    [22]

    Matsumoto H, Wang X N, Takamasu K, Aoto T 2012 Appl. Phys. Express 5 046601

    [23]

    Wei D, Takahashi S, Takamasu K, Matsumoto H 2009 Opt. Express 17 7011

    [24]

    Cui M, Zeitouny M G, Bhattacharya N, van den Berg S A, Urbach H P, Braat J J M 2009 Opt. Lett. 34 1982

    [25]

    Zeitouny M G, Cui M, Bhattacharya N, Urbach H P, van den Berg S A, Janssen A J E M 2010 Phys. Rev. A 82 023808

  • [1] 赵瀚宇, 曹士英, 戴少阳, 杨涛, 左娅妮, 胡明列. 基于光谱增强技术实现对532 nm波长激光频率标定.  , 2024, 73(9): 094204. doi: 10.7498/aps.73.20240106
    [2] 周强, 吴腾飞, 曾周末, 邾继贵. 基于双向吸收光谱精准标定的光频扫描干涉绝对测距.  , 2024, 73(17): 170601. doi: 10.7498/aps.73.20240840
    [3] 张竣珲, 樊利, 吴正茂, 苟宸豪, 骆阳, 夏光琼. 基于光注入下脉冲电流调制1550 nm 垂直腔面发射激光器获取宽带可调谐光学频率梳.  , 2023, 72(1): 014207. doi: 10.7498/aps.72.20221709
    [4] 丁永今, 曹士英, 林百科, 王强, 韩羿, 方占军. 基于电光晶体马赫-曾德干涉仪的载波包络偏移频率调节方法.  , 2022, 71(14): 144203. doi: 10.7498/aps.71.20220147
    [5] 王佳强, 吴志芳, 冯素春. 正常色散高非线性石英光纤优化设计及平坦光频率梳产生.  , 2022, 71(23): 234209. doi: 10.7498/aps.71.20221115
    [6] 梁旭, 林嘉睿, 吴腾飞, 赵晖, 邾继贵. 重复频率倍增光频梳时域互相关绝对测距.  , 2022, 71(9): 090602. doi: 10.7498/aps.71.20212073
    [7] 邵晓东, 韩海年, 魏志义. 基于光学频率梳的超低噪声微波频率产生.  , 2021, 70(13): 134204. doi: 10.7498/aps.70.20201925
    [8] 夏文泽, 刘洋, 赫明钊, 曹士英, 杨伟雷, 张福民, 缪东晶, 李建双. 双光梳非线性异步光学采样测距中关键参数的数值分析.  , 2021, 70(18): 180601. doi: 10.7498/aps.70.20210565
    [9] 郑立, 刘寒, 汪会波, 王阁阳, 蒋建旺, 韩海年, 朱江峰, 魏志义. 极紫外飞秒光学频率梳的产生与研究进展.  , 2020, 69(22): 224203. doi: 10.7498/aps.69.20200851
    [10] 赵显宇, 曲兴华, 陈嘉伟, 郑继辉, 王金栋, 张福民. 一种基于电光调制光频梳光谱干涉的绝对测距方法.  , 2020, 69(9): 090601. doi: 10.7498/aps.69.20200081
    [11] 陈嘉伟, 王金栋, 曲兴华, 张福民. 光频梳频域干涉测距主要参数分析及一种改进的数据处理方法.  , 2019, 68(19): 190602. doi: 10.7498/aps.68.20190836
    [12] 彭博, 曲兴华, 张福民, 张天宇, 张铁犁, 刘晓旭, 谢阳. 飞秒脉冲非对称互相关绝对测距.  , 2018, 67(21): 210601. doi: 10.7498/aps.67.20181274
    [13] 孟祥松, 张福民, 曲兴华. 基于重采样技术的调频连续波激光绝对测距高精度及快速测量方法研究.  , 2015, 64(23): 230601. doi: 10.7498/aps.64.230601
    [14] 吴翰钟, 曹士英, 张福民, 曲兴华. 光学频率梳基于光谱干涉实现绝对距离测量.  , 2015, 64(2): 020601. doi: 10.7498/aps.64.020601
    [15] 时光, 张福民, 曲兴华, 孟祥松. 高分辨率调频连续波激光绝对测距研究.  , 2014, 63(18): 184209. doi: 10.7498/aps.63.184209
    [16] 马媛, 季小玲. 倾斜离轴高斯-谢尔模型光束在大气湍流中通过猫眼光学镜头反射光的光强特性.  , 2013, 62(9): 094214. doi: 10.7498/aps.62.094214
    [17] 刘昶时, 刘文莉. 由阴、阳极电压及入射光强及频率确定光电流.  , 2013, 62(2): 028401. doi: 10.7498/aps.62.028401
    [18] 王楠, 韩海年, 李德华, 魏志义. 光学频率梳空间光谱分辨精度研究.  , 2012, 61(18): 184201. doi: 10.7498/aps.61.184201
    [19] 韩海年, 张 炜, 王 鹏, 李德华, 魏志义, 沈乃澂, 聂玉昕, 高玉平, 张首刚, 李师群. 飞秒钛宝石光学频率梳的精密锁定.  , 2007, 56(5): 2760-2764. doi: 10.7498/aps.56.2760
    [20] 唐远河, 解光勇, 刘汉臣, 邵建斌, 马 琦, 刘会平, 宁 辉, 杨 彧, 严成海. 基于粒子成像测速技术的水中气泡界面的光学性质研究.  , 2006, 55(5): 2257-2262. doi: 10.7498/aps.55.2257
计量
  • 文章访问数:  8252
  • PDF下载量:  860
  • 被引次数: 0
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

/

返回文章
返回
Baidu
map