[发明专利]基于非线性光学采样的飞秒激光绝对距离测量装置及方法

权利要求书

1.一种基于非线性光学采样的飞秒激光绝对距离测量装置，其特征在于，包括：

用于实现时域光学扫描的重复频率有差异的第一飞秒激光频率梳（1）和第二飞秒激光频率梳（2）；

用于产生待测距离的迈克尔逊干涉测距装置；

用于当两台飞秒激光频率梳的光脉冲时域重合时产生倍频光信号的第二类相位匹配非线性光学倍频结构；

用于探测倍频光信号并通过差分方式处理所探测的数据、提取过零点在数组中的序号、计算参考臂与测量臂长度差的数据采集和处理单元。

2.根据权利要求1所述的基于非线性光学采样的飞秒激光绝对距离测量装置，其特征在于，所述迈克尔逊干涉测距装置包括二分之一波片HWP1、偏振分光棱镜PBS1、四分之一波片QWP1、四分之一波片QWP2，宽光谱反射镜M1和宽光谱反射镜M2，第一飞秒激光频率梳（1）发出的光脉冲经过二分之一波片HWP1后在偏振分光棱镜PBS1形成正交偏振光，正交偏振光的一路经四分之一波片QWP1后入射至宽光谱反射镜M1，另一路经四分之一波片QWP2后入射至宽光谱反射镜M2，两路光的偏振状态分别被旋转90°后又反射回偏振分光棱镜PBS1，并在偏振分光棱镜PBS1合光。

3.根据权利要求2所述的基于非线性光学采样的飞秒激光绝对距离测量装置，其特征在于，所述宽光谱反射镜M1和宽光谱反射镜M2上镀金或银。

4.根据权利要求2所述的基于非线性光学采样的飞秒激光绝对距离测量装置，其特征在于，所述第二类相位匹配非线性光学倍频结构包括二分之一波片HWP2、二分之一波片HWP3、偏振分光棱镜PBS2、倍频聚焦透镜L1、倍频聚焦透镜L2、第二类相位匹配非线性倍频晶体C1、第二类相位匹配非线性倍频晶体C2、倍频耦合透镜L3和倍频耦合透镜L4；来自偏振分光棱镜PBS1的合光经过二分之一波片HWP3后入射到偏振分光棱镜PBS2，第二飞秒激光频率梳（2）发出的光脉冲经过二分之一波片HWP2后入射到偏振分光棱镜PBS2，两束光在偏振分光棱镜PBS2合光形成正交偏振光，正交偏振光的一路依次经倍频聚焦透镜L1、第二类相位匹配非线性倍频晶体C1和倍频耦合透镜L3后输入至数据采集和处理单元，另一路依次经倍频聚焦透镜L2、第二类相位匹配非线性倍频晶体C3和倍频耦合透镜L4后输入至数据采集和处理单元。

5.根据权利要求4所述的基于非线性光学采样的飞秒激光绝对距离测量装置，其特征在于，所述数据采集和处理单元包括探测器D1、探测器D2和高速数据采集卡以及控制单元（3），探测器D1接收来自倍频耦合透镜L3的一路光，探测器D2接收来自倍频耦合透镜L4的一路光，接收信号均送至高速数据采集卡以及控制单元（3）进行处理。

6.根据权利要求5所述的基于非线性光学采样的飞秒激光绝对距离测量装置，其特征在于，所述高速数据采集卡以及控制单元（3）使用与第二飞秒激光频率梳（2）相同的频率对探测器D1和探测器D2进行采样。

7.根据权利要求1所述的基于非线性光学采样的飞秒激光绝对距离测量装置，其特征在于，所述第一飞秒激光频率梳（1）和第二飞秒激光频率梳（2）使用相同的激光增益介质，第一飞秒激光频率梳（1）输出重复频率为f_r+Δf_r的线偏振周期飞秒脉冲，重复频率f_r+Δf_r锁定至原子钟，并且该频率可调；第二飞秒激光频率梳（2）输出重复频率为f_r的线偏振周期飞秒脉冲，重复频率f_r锁定至原子钟。

8.根据权利要求7所述的基于非线性光学采样的飞秒激光绝对距离测量装置，其特征在于，所述|Δf_r|<0.02f_r。