基于可调谐激光器扫频干涉绝对距离测量方法研究进展.docx
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"基于可调谐激光器扫频干涉绝对距离测量方法研究进展" 本文主要研究了基于可调谐激光器扫频干涉的绝对距离测量方法,并对其原理、技术进展和影响因素进行了综述。 一、引言 工业制造业的快速发展对测量对象的移动速度、距离精度、空间坐标的测量需求越来越高。目前,有几种主要测量目标距离及速度的方法:脉冲式、相位式、调频式等。调频式测量技术具有较高的信噪比,可以用于无合作目标探测,不受 2π 模糊度及半波长的限制,近十几年已经成为测距领域的研究热点。 二、技术进展 光学领域的调频式测量技术即 FSI 测距可追溯至 20 世纪 80 年代,但受到早期可调谐激光器的相干长度、调制范围和调制线性度的限制,调频式测距优势没有得以充分体现。近几年,外腔式可调谐激光二极管(ECLD)凭借大带宽调制的优势,被用于 FSI 测距。Toptica 公司的第一代 ECLD(DL100),调制范围为 1540~1580 nm,大带宽调制有助于将距离分辨率提高到微米量级。分布反馈式半导体激光器(DFB)具有调谐速度快的优势,如 LUNA 的 PHOENIX1400,其扫频速度可控制在 1~1000 nm/s,可调谐范围在 1515~1565 nm 之间。单模垂直腔面发射激光器(VCSEL)凭借锁相环精准控制线性扫频的优势,也被作为 FSI 测距系统的光源。 三、FSI 测距原理 FSI 测距是以迈克尔逊干涉仪为基础进行测量的,其依赖于干涉仪两臂的相位差与激光频率扫描之间的线性变化。在测量时,通过改变可调谐激光器发射的激光频率达到改变接收光相位的目的,从而引起外差干涉条纹的变化。FSI 测距系统的示意图如图 1 所示。 四、影响因素 FSI 测距技术的测量精度及可重复性主要受到激光器非线性调频、目标微小振动引起的多普勒频移、光纤色散引起的失配以及数据在频域处理中会发生漏频等因素的制约。文中结合国内外最新的 FSI 测距技术进展,综述了对于上述影响测距因素的各种补偿方法,对比了这些方法的精度、稳定性及重复性。 五、结论 FSI 测距技术的最高精度可以达到亚微米量级,最远距离可以达到百米量级,极大地拓展了该技术的应用范围。但 FSI 测距技术的发展仍然面临着许多挑战,需要继续深入研究和技术的迭代更新,以提高其测量精度和可重复性。
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