飛秒激光頻率梳絕對距離測量技術

目 錄
第1章 緒論\t1
1．1 測距技術及性能評價指標\t1
1．2 激光絕對測距技術簡介\t6
1．2．1 脈沖飛行時間測量\t6
1．2．2 激光調制絕對測距\t7
1．2．3 多波長干涉測距\t9
1．3 飛秒激光頻率梳測距的發(fā)展現(xiàn)狀\t13
參考文獻\t15
第2章 飛秒激光脈沖與光學頻率梳原理\t20
2．1 飛秒激光的時間-頻率性質\t20
2．1．1 飛秒激光脈沖的數(shù)學描述\t20
2．1．2 飛秒脈沖的色散與啁啾\t21
2．1．3 飛秒脈沖的光譜相位\t23
2．2 飛秒激光脈沖產生技術\t25
2．2．1 被動鎖模原理\t25
2．2．2 光纖飛秒激光技術\t27
2．2．3 脈沖序列的定時抖動\t34
2．2．4 超連續(xù)光譜產生技術\t38
2．3 光學頻率梳\t41
2．3．1 f?2f自參考技術\t42
2．3．2 光學頻率梳的穩(wěn)頻\t44
2．3．3 電光調制頻率梳\t52
2．3．4 微腔頻率梳產生技術\t55
參考文獻\t59
第3章 飛秒激光脈沖飛行時間絕對距離測量\t62
3．1 基于一階互相關的飛秒激光頻率梳絕對測距原理\t62
3．2 一階互相關絕對測距實驗\t65
3．2．1 群速度色散對測距精度的影響及修正方法\t65
3．2．2 大量程測距精度提升技術\t68
3．2．3 減小測量死區(qū)的技術手段\t70
3．3 基于一階互相關的飛行時間三維形貌測量\t73
3．4 基于強度互相關的飛秒激光絕對測距\t75
3．4．1 非共線式強度互相關提取脈沖飛行時間\t76
3．4．2 干涉條紋分辨的強度互相關提取脈沖飛行時間\t78
3．5 平衡光學互相關飛行時間絕對測距技術\t81
3．5．1 平衡光學互相關原理\t81
3．5．2 通信波段的平衡光學互相關飛行時間絕對距離測量\t82
3．5．3 1 μm波段的平衡光學互相關飛行時間絕對距離測量\t83
參考文獻\t88
第4章 飛秒激光頻率梳合成波長絕對測距技術\t91
4．1 基于光頻梳模間拍頻的合成波長絕對測距\t91
4．1．1 測量分辨力\t93
4．1．2 空氣群折射率的自校準\t94
4．1．3 絕對距離測量\t95
4．2 參考至光學頻率梳的合成波長絕對測距\t96
4．2．1 多波長干涉測距\t97
4．2．2 掃頻干涉測距\t101
4．2．3 合成波長測距在大臺階結構的三維面型測量中的應用\t104
4．3 基于電光頻率梳的外差式多波長干涉絕對測距\t106
參考文獻\t110
第5章 雙光梳絕對距離測量\t113
5．1 基于線性光學采樣的雙光梳絕對測距技術\t113
5．1．1 基本原理與演示實驗\t113
5．1．2 避免測量死區(qū)的方法\t118
5．1．3 微腔光頻梳高速、高精度絕對測距\t120
5．2 基于非線性異步光學采樣的雙光梳絕對測距技術\t121
5．3 影響雙光梳絕對測距精度的關鍵系統(tǒng)設計參數(shù)\t124
5．3．1 線性光學采樣絕對測距的最佳脈沖重復頻率差\t124
5．3．2 非線性異步光學采樣絕對測距中的脈沖定時抖動的影響\t130
5．4 基于單臺飛秒激光器的雙光梳絕對測距\t141
5．4．1 雙波長光纖飛秒激光器應用于線性光學采樣絕對測距\t142
5．4．2 雙波長飛秒激光器應用于非線性異步光學采樣絕對測距及
測量精度極限\t144
5．4．3 雙向微腔光頻梳線性光學采樣絕對測距\t147
5．4．4 雙重復頻率電光調制光頻梳的絕對測距\t148
5．5 基于雙光梳測距的三自由度傳感\(zhòng)t150
參考文獻\t153
第6章 飛秒激光調頻連續(xù)波（FMCW）激光雷達\t156
6．1 調頻連續(xù)波激光雷達概述\t156
6．2 飛秒激光頻率梳矯正的成像FMCW激光雷達\t157
6．3 基于線性啁啾飛秒激光頻率梳的FMCW絕對測距\t161
6．4 基于微腔孤子光頻梳的多路FMCW絕對測距\t164
參考文獻\t166
第7章 飛秒激光頻率梳光譜成像方法\t168
7．1 光頻梳光譜干涉絕對距離測量\t168
7．2 基于虛像相位陣列（VIPA）的單梳齒分辨的光譜干涉
絕對測距\t172
7．3 啁啾光學頻率梳單次曝光光譜干涉成像\t176
7．3．1 啁啾光學頻率梳的光譜干涉成像原理\t176
7．3．2 單點測距的實驗裝置與距離值定標方法\t177
7．3．3 單次曝光的臺階測量實驗結果\t179
7．4 基于實時光譜技術的高速成像\t180
7．4．1 時間拉伸-色散傅里葉變換（TS-DFT）實時光譜技術\t180
7．4．2 TS-DFT技術實現(xiàn)高速振動測量\t182
7．5 基于雙光梳光譜測量的三維成像\t185
7．5．1 雙光梳光譜技術\t185
7．5．2 基于雙光梳光譜的線掃描三維成像\t187
7．6 全波形主動高光譜激光雷達\t191
7．6．1 高光譜激光雷達技術概述\t191
7．6．2 基于超連續(xù)光譜的全波形主動高光譜雷達技術\t192
7．6．3 雙光梳高光譜成像技術\t195
7．6．4 雙光梳高光譜單像素成像技術\t197
參考文獻\t202
第8章 飛秒激光精密位移測量方法\t206
8．1 飛秒激光頻率梳精密位移測量技術\t206
8．1．1 基于光外差變焦干涉儀的精密位移測量\t207
8．1．2 基于法布里-珀羅諧振腔的微位移測量技術\t208
8．2 基于精密光學-微波相位探測的飛行時間位移測量技術\t212
8．2．1 光纖環(huán)路光學-微波鑒相器\t213
8．2．2 飛行時間微位移測量\t218
8．2．3 微結構元器件的三維形貌測量技術\t219
8．3 基于微位移測量的光纖應變傳感技術\t220
8．3．1 飛秒激光頻率梳直接測量光學頻率的應變傳感\(zhòng)t221
8．3．2 雙光梳精密光譜應用于應變傳感\(zhòng)t223
8．3．3 基于光學-微波相位探測的高分辨力光纖應變傳感\(zhòng)t224
參考文獻\t226
第9章 大氣測量環(huán)境中的折射率修正技術\t229
9．1 空氣折射率對測距精度的影響及現(xiàn)有的折射率修正技術\t229
9．1．1 大氣環(huán)境中的激光干涉測距的精度限制\t229
9．1．2 基于經驗公式的空氣折射率修正方法\t231
9．1．3 空氣折射率的自動修正方法\t233
9．2 基于光學頻率梳的雙色法空氣折射率自動修正技術\t235
9．2．1 利用雙色光學頻率梳提升空氣折射率自動修正準確度\t235
9．2．2 利用參考至光學頻率梳的雙色激光進行空氣折射率的自動修正\t240
9．3 利用飛秒激光飛行時間法直接測量空氣群折射率\t241
參考文獻\t244
第10章 應用于飛秒激光絕對測距的新的距離解算算法\t246
10．1 卡爾曼濾波提升飛秒激光測距精度的方法\t246
10．1．1 卡爾曼濾波模型\t247
10．1．2 雙光梳絕對測距和測速實驗\t251
10．2 無參數(shù)頻譜估計技術在飛秒激光絕對測距數(shù)據(jù)解算中的
應用\t259
10．2．1 奇異譜分析模型\t259
10．2．2 提升雙光梳絕對測距信噪比的實驗\t261
參考文獻\t267
第11章 飛秒激光任意長度絕對距離測量的應用\t269
11．1 工業(yè)與精密制造業(yè)的應用\t269
11．1．1 微米精度的大尺寸三維表面形貌測量\t269
11．1．2 工業(yè)現(xiàn)場的大尺寸、多站點、可溯源絕對測距網絡\t276
11．2 空間探測領域的潛在應用\t279
11．2．1 航天搭載的光纖飛秒激光頻率梳\t279
11．2．2 基于大尺寸、高精度基線長度測量的遙感成像任務的潛在
應用\t285
參考文獻\t297