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超快飛秒光學(xué)新工具！單腔雙光梳的精確測(cè)距應(yīng)用前景

介紹

單腔雙光梳技術(shù)是近年來(lái)光學(xué)領(lǐng)域備受矚目的研究方向之一。這項(xiàng)技術(shù)不僅在光譜分析、激光測(cè)距、厚膜檢測(cè)、泵浦探測(cè)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(tái)。

正文

單腔雙光梳技術(shù)是近年來(lái)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(shí)現(xiàn)了在單個(gè)微腔中同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)頻率間隔均勻的光學(xué)頻率梳。這項(xiàng)技術(shù)不僅在光譜分析、激光測(cè)距、厚膜檢測(cè)、泵浦探測(cè)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(tái)。

精確測(cè)距

精密測(cè)距在工業(yè)計(jì)量、雷達(dá)測(cè)距、自主導(dǎo)航、機(jī)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(shí)現(xiàn)物體的精確定位、微小變化的檢測(cè)以及動(dòng)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(cè)距方法，例如飛行時(shí)間 (ToF) 測(cè)量、干涉測(cè)量和調(diào)頻連續(xù)波測(cè)距。這些方法大多利用光或電磁波的原理，根據(jù)傳播時(shí)間或相移的測(cè)量來(lái)確定距離。

雙梳狀激光雷達(dá)

雙梳激光雷達(dá)是一種傳感技術(shù)，它結(jié)合了ToF和干涉測(cè)量原理，同時(shí)還利用了類似于 FMCW激光雷達(dá)的相干信號(hào)放大功能。這種創(chuàng)新方法結(jié)合了這些技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)高精度和快速的絕對(duì)距離測(cè)量。

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

雙梳激光雷達(dá)通過(guò)利用兩個(gè)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(shí)，一部分光會(huì)被反射回來(lái)，同時(shí)，另一部分光也被參考端反射。通過(guò)將目標(biāo)和參考物反射的來(lái)自一個(gè)梳子的光與來(lái)自另一梳子的光進(jìn)行干涉，并測(cè)量所得干涉圖案之間的延遲，便可以獲得精確的距離測(cè)量。

雙梳激光雷達(dá)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(guò)利用游標(biāo)效應(yīng)（即在同一測(cè)量中交換參考激光器和采樣激光器的角色），雙梳激光雷達(dá)可以實(shí)現(xiàn)極長(zhǎng)的測(cè)量范圍。 這個(gè)范圍可以延伸到數(shù)百公里，已經(jīng)超出了大多數(shù)實(shí)際應(yīng)用的要求。同時(shí)，系統(tǒng)仍然可以保持微米精度，這是由脈沖持續(xù)時(shí)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(dá)還可以獲取干擾信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)亞波長(zhǎng)精度的測(cè)量。這些綜合功能使雙梳激光雷達(dá)成為高精度測(cè)距應(yīng)用的強(qiáng)大技術(shù)手段。

采用單腔雙梳激光器的雙梳激光雷達(dá)

在雙梳激光雷達(dá)系統(tǒng)中使用單腔雙梳激光器對(duì)于實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用至關(guān)重要。采用單腔設(shè)計(jì)可以使得系統(tǒng)變得更加緊湊，更加適合集成到各種平臺(tái)和設(shè)備中。使用單腔激光源也無(wú)需進(jìn)行復(fù)雜的光學(xué)同步，從而簡(jiǎn)化了整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)，對(duì)于該技術(shù)的廣泛采用和商業(yè)化尤為重要。

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