[发明专利]基于光学分频锁相非线性校正的动态扫频干涉测距系统及测距方法

摘要

基于光学分频锁相非线性校正的动态扫频干涉测距系统及测距方法，本发明涉及动态扫频干涉测距系统及测距方法。本发明的目的是为了解决现有方法中由辅助干涉仪提供的非线性采样时钟在校正扫频干涉测量信号非线性的同时会引起测振信号产生非线性，造成运动测量信号频谱展宽，信噪比下降，严重影响运动相位测量精度，继而影响测距精度的问题。系统包括扫频干涉测距光路、运动测量光路、锁相环、1号辅助干涉仪、2号辅助干涉仪、外腔式激光器、可见激光器、单频激光器、1号光纤耦合器、数据采集卡、1号探测器、3号探测器。本发明用于扫频干涉测量、FMCW激光雷达等技术领域。

主权项

1.基于光学分频锁相非线性校正的动态扫频干涉测距系统，其特征在于：所述系统包括扫频干涉测距光路、运动测量光路、锁相环模块(24)、1号辅助干涉仪(2)、2号辅助干涉仪(26)、外腔式激光器(1)、可见激光器(5)、单频激光器(16)、1号光纤耦合器(15)、数据采集卡(4)、1号探测器(3)、3号探测器(25)；所述扫频干涉测距光路由2号光纤耦合器(6)，6号光纤耦合器(7)、7号光纤耦合器(8)、8号光纤耦合器(10)、偏振保持分束器PBS(9)、波分复用器WDM(11)、聚焦光学子系统(12)、1/4波片(13)以及平衡探测器(14)组成；所述运动测量光路由3号光纤耦合器(17)、1号声光调制器(18)、2号声光调制器(19)、4号光纤耦合器(20)、5号光纤耦合器(21)、9号光纤耦合器(22)以及2号光电探测器(23)构成；外腔式激光器(1)输出的激光入射至1号光纤耦合器(15)进行分路；1号光纤耦合器(15)输出的1路光经1号辅助干涉仪(2)后入射至1号探测器(3)，经1号探测器(3)后输出信号输入至数据采集卡(4)；1号辅助干涉仪(2)信号作为数据采集卡(4)的外部时钟输入信号，控制数据采集卡(4)对1号探测器(3)、2号光电探测器(23)、平衡探测器(14)的信号进行采样；1号光纤耦合器(15)输出的1路光依次经2号辅助干涉仪(26)和3号探测器(25)，经3号探测器(25)后的输出信号输入至锁相环模块(24)；2号辅助干涉仪(26)为锁相环模块(24)提供锁相参考信号；1号光纤耦合器(15)输出的98路光入射至2号光纤耦合器(6)进行分路；单频激光器(16)输出的激光入射至3号光纤耦合器(17)进行分路，3号光纤耦合器(17)输出的99路光经1号声光调制器(18)入射至4号光纤耦合器(20)进行分路，3号光纤耦合器(17)输出的1路光经2号声光调制器(19)入射至5号光纤耦合器(21)进行分路；2号光纤耦合器(6)输出的99路光与4号光纤耦合器(20)输出的99路光经6号光纤耦合器(7)合束后入射至偏振保持分束器PBS(9)的A号端口，经偏振保持分束器PBS(9)的B号端口输出的光与可见激光器(5)输出的激光经波分复用器WDM(11)复用后，依次经光纤端面、聚焦光学子系统(12)和1/4波片(13)后入射至被测目标，经被测目标反射后返回至波分复用器WDM(11)，经波分复用器WDM(11)解复用后的光入射至偏振保持分束器PBS(9)的B号端口，再在偏振保持分束器PBS(9)的C号端口出射；2号光纤耦合器(6)输出的1路光与5号光纤耦合器(21)输出的50路光经7号光纤耦合器(8)进行合束，7号光纤耦合器(8)合束后的光与偏振保持分束器PBS(9)的C号端口出射的光经8号光纤耦合器(10)合束后入射至平衡探测器(14)，平衡探测器(14)输出的信号入射至数据采集卡(4)；4号光纤耦合器(20)输出的1路光与5号光纤耦合器(21)输出的50路光经9号光纤耦合器(22)合束后入射至2号光电探测器(23)，2号光电探测器(23)输出的信号分别入射至数据采集卡(4)和锁相环模块(24)；经锁相环模块(24)输出的信号相位同步入射至2号声光调制器(19)，通过改变2号声光调制器(19)的移频量，使2号光电探测器(23)输出的信号与锁相环模块(24)参考信号相位相同。