[发明专利]一种飞秒激光干涉测距系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光距离测量系统，特别是关于一种飞秒激光干涉测距系统。

背景技术

随着航空航天技术以及先进制造等工业技术的迅速发展，对大量程、高精度的测距技术有迫切的需求。传统的激光干涉测距技术是增量式测距，需要在基线和被测位置之间架设导轨，并且在测量的过程中不能断光，对测量环境要求很高。因此传统的激光干涉测距技术已经无法满足航天以及大型制造业领域的测距要求。激光绝对距离测量是一种直接测量基线到目标物体之间距离的方法，不需要架设导轨，并且不存在断光续接的问题，在实际生产中有很好的应用前景。近几年来，飞秒激光在绝对距离测量领域的应用对测量性能带来了革命性的突破。

飞秒激光器发出的激光在时域上是一系列等间隔的超短脉冲(脉冲宽度在飞秒量级)，在频域上由大量等间隔的离散光谱线组成，相邻光谱线之间的间隔等于飞秒激光器输出脉冲的重复频率(f_rep，简称重频)，这些光谱线组成的光谱宽度为数十纳米。2004年，美国标准计量局(NIST)的叶军提出了将飞秒激光作为迈克尔逊干涉仪的光源进行测距的方法，构建测量臂和参考臂，当两臂的长度差是脉冲间隔(l_pp)一半的整数倍时，两脉冲发生重叠，产生干涉；当两臂的长度差不是脉冲间隔的整数倍时，通过改变重频使得两脉冲发生重叠。但是，这种方法的问题在于：在实验过程中需要不断地锁定、解锁重频，大大降低了测量速度；另外，由于重频的调谐量有限，导致测量范围较小。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够有效提高测量速度和测量范围的飞秒激光干涉测距系统。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种飞秒激光干涉测距系统，其特征在于，包括一飞秒激光器、两光纤耦合器、一长光纤、两分光镜、两角反射镜、一平面镜、两带通滤波片和三光电探测器；所述飞秒激光器发出的光脉冲经第一光纤耦合器分成两束；经所述第一光纤耦合器出射的一部分光脉冲经第一光电探测器发射到一频率计数器用于测量所述飞秒激光器的重频，所述频率计数器的输出端连接一信号处理系统；经所述第一光纤耦合器出射的另一部分光脉冲进入第二光纤耦合器，经所述第二光纤耦合器出射的一束光脉冲经所述长光纤出射到第一分光镜，经所述第一分光镜出的光脉冲发射到所述第一反射镜，经所述第一反射镜出射的光脉冲依次经所述第一分光镜和平面镜发射到第二分光镜；经所述第一分光镜出射的光脉冲发射到所述第二反射镜，经所述第二反射镜出射的光依次经所述第一分光镜和平面镜发射到所述第二分光镜；经所述第二光纤耦合器出射的另一束光脉冲发射到所述第二分光镜，经所述第二分光镜出射的两束光脉冲分别经过一所述带通滤波片后被相应所述光电探测器接收，两所述光电探测器的输出端经一锁相放大器连接所述信号处理系统。

优选地，所述长光纤与所述第一分光镜之间设置一准直透镜。

优选地，所述第二光纤耦合器与所述第二分光镜之间设置依次设置有一准直透镜和一声光调制器。

优选地，所述第一光纤耦合器的分光比为1:99，占1％能量的光束经所述第一光电探测器探测，占99％能量的光束进入所述第二光纤耦合器。

优选地，所述第二光纤耦合器量配比为50:50。