[发明专利]双向飞秒脉冲高精度测距方法及装置

权利要求书

1.一种双向飞秒脉冲高精度测距方法，其特征在于：该方法步骤如下：

a、在测量端，由测量端飞秒激光器(2)发出的飞秒激光脉冲序列经过测量端分光光路(7)后分为两束，其中一束作为测量信号发射向遥远的被测端，另一束作为测量端参考信号由测量端平衡光电探测单元(8)进行探测；

b、在被测端，由被测端飞秒激光器(6)发出的飞秒激光脉冲序列经过被测端分光光路(3)后分为两束，其中一束作为回光信号发射回遥远的测量端，另一束作为被测端参考信号，与被测端接收到的测量信号一同由被测端平衡光电探测单元(4)进行探测；对测量信号和被测端参考信号进行平衡光电探测后产生反馈信号，进而对被测端飞秒激光器(6)的腔长进行反馈控制，通过改变其脉冲重复频率，实现测量信号和被测端参考信号在时域的高精度重叠和锁定；

c、在测量端，接收到的回光信号与测量端参考信号一同由测量端平衡光电探测单元(8)进行探测；对回光信号和测量端参考信号进行平衡光电探测后产生反馈信号，进而对测量端飞秒激光器(2)的腔长进行反馈控制，通过改变其脉冲重复频率，实现回光信号和测量端参考信号在时域的高精度重叠和锁定；

d、在测量端，当回光信号和测量端参考信号已经锁定后，继续调节测量端飞秒激光器(2)的脉冲重复频率，并重复上述步骤a、步骤b和步骤c直至回光信号和测量端参考信号再次锁定，并记录相邻两次锁定时测量端飞秒激光器(2)产生的脉冲重复频率之差Δf，进而可以精确地求得被测距离：

2.一种双向飞秒脉冲高精度测距装置，其测量端由测量端飞秒激光器(2)、测量端分光光路(7)、测量端平衡光电探测单元(8)和测量端控制单元(1)组成；其特征在于：在被测端设置了主动反射器，构成了脉冲时域锁定式双向测量结构；所述主动反射器由被测端飞秒激光器(6)、被测端分光光路(3)、被测端平衡光电探测单元(4)和被测端控制单元(5)组成；所述被测端分光光路(3)的输出光分别指向被测端平衡光电探测单元(4)的输入端和测量端分光光路(7)；被测端平衡光电探测单元(4)的输出端连接到被测端控制单元(5)的输入端；被测端控制单元(5)的输出端连接到被测端飞秒激光器(6)；被测端飞秒激光器(6)的输出光指向被测端分光光路(3)；

所述测量端分光光路(7)的结构是：测量端飞秒激光器(2)发出的激光经过一号四分之一波片(14)和一号偏振分光镜(50)后分为两束；其中一束反射光经过二号四分之一波片(15)和一号扩束准直器(16)后射向被测端；另一束透射光经过三号四分之一波片(51)后被二号反射镜(38)反射并沿原光路返回，再先后经过一号偏振分光镜(50)、一号反射镜(13)和二号偏振分光镜(39)的反射后射向测量端平衡光电探测单元(8)；同时，从被测端发射过来的激光先后经过二号扩束准直器(36)、四号四分之一波片(37)和二号偏振分光镜(39)也射向测量端平衡光电探测单元(8)；

所述测量端平衡光电探测单元(8)的结构是：测量端分光光路(7)输出的激光先后经过一号透镜(40)、一号周期性极化晶体(41)、二号透镜(42)和三号反射镜(44)射向一号双色镜(45)；一号双色镜(45)的反射光射向一号光电探测器(43)，一号双色镜(45)的透射光先后经过三号透镜(46)、二号周期性极化晶体(47)和四号透镜(48)射向二号双色镜(49)；二号双色镜(49)的透射光直接射出系统，二号双色镜(49)的反射光射向二号光电探测器(10)；一号光电探测器(43)和二号光电探测器(10)的输出端连接到一号减法器(9)的输入端；一号减法器(9)的输出端连接到测量端控制单元(1)；

所述被测端分光光路(3)的结构是：被测端飞秒激光器(6)发出的激光经过七号四分之一波片(33)和四号偏振分光镜(53)后分为两束；其中一束反射光经过六号四分之一波片(34)和四号扩束准直器(35)后射向测量端；另一束透射光经过二分之一波片(52)和三号偏振分光镜(19)后射向被测端平衡光电探测单元(4)；同时，从测量端发射过来的激光先后经过三号扩束准直器(17)、五号四分之一波片(18)和三号偏振分光镜(19)后也射向被测端平衡光电探测单元(4)；

所述被测端平衡光电探测单元(4)的结构是：被测端分光光路(3)输出的激光先后经过五号透镜(20)、三号周期性极化晶体(21)、六号透镜(22)和四号反射镜(24)射向三号双色镜(25)；三号双色镜(25)的反射光射向三号光电探测器(23)，三号双色镜(25)的透射光先后经过七号透镜(26)、四号周期性极化晶体(27)和八号透镜(28)射向四号双色镜(29)；四号双色镜(29)的透射光直接射出系统，四号双色镜(29)的反射光射向四号光电探测器(30)；三号光电探测器(23)和四号光电探测器(30)的输出端连接到二号减法器(54)的输入端；二号减法器(54)的输出端连接到被测端控制单元(5)。

3.根据权利要求2所述的双向飞秒脉冲高精度测距装置，其特征在于：所述一号周期性极化晶体(41)、二号周期性极化晶体(47)、三号周期性极化晶体(21)和四号周期性极化晶体(27)采用的非线性光学材料为碘酸锂。