基于非线性光学采样的飞秒激光绝对距离测量装置及方法

摘要

基于非线性光学采样的飞秒激光绝对距离测量装置，包括两台重复频率有差异的飞秒激光频率梳、迈克尔逊干涉测距装置、第二类相位匹配非线性光学倍频结构以及数据采集和处理单元；其中两台重复频率有差异的飞秒激光频率梳用来实现时域上的光学扫描；第二类相位匹配非线性光学倍频结构用来在输入脉冲在时域上重合时产生倍频光；数据采集和处理单元探测倍频光信号，对所采集的数据进行差分计算，提取差分后数据中过零点在数组中的序号，计算参考臂与测量臂的长度差，本发明还提供了利用该装置的测量方法，本发明不需要锁定偏置频率，实现基于飞行时间法的连续范围的绝对距离测量，从而拓宽飞秒激光绝对距离测量的应用场合。

主权项

一种基于非线性光学采样的飞秒激光绝对距离测量装置，包括：用于实现时域光学扫描的重复频率有差异的第一飞秒激光频率梳(1)和第二飞秒激光频率梳(2)；用于产生待测距离的迈克尔逊干涉测距装置；用于当两台飞秒激光频率梳的光脉冲时域重合时产生倍频光信号的第二类相位匹配非线性光学倍频结构；用于探测倍频光信号并通过差分方式处理所探测的数据、提取过零点在数组中的序号、计算参考臂与测量臂长度差的数据采集和处理单元，其特征在于，所述迈克尔逊干涉测距装置包括二分之一波片HWP1、偏振分光棱镜PBS1、四分之一波片QWP1、四分之一波片QWP2，宽光谱反射镜M1和宽光谱反射镜M2，第一飞秒激光频率梳(1)发出的光脉冲经过二分之一波片HWP1后在偏振分光棱镜PBS1形成正交偏振光，正交偏振光的一路经四分之一波片QWP1后入射至宽光谱反射镜M1，另一路经四分之一波片QWP2后入射至宽光谱反射镜M2，两路光的偏振状态分别被旋转90°后又反射回偏振分光棱镜PBS1，并在偏振分光棱镜PBS1合光；所述第二类相位匹配非线性光学倍频结构包括二分之一波片HWP2、二分之一波片HWP3、偏振分光棱镜PBS2、倍频聚焦透镜L1、倍频聚焦透镜L2、第二类相位匹配非线性倍频晶体C1、第二类相位匹配非线性倍频晶体C2、倍频耦合透镜L3和倍频耦合透镜L4；来自偏振分光棱镜PBS1的合光经过二分之一波片HWP3后入射到偏振分光棱镜PBS2，第二飞秒激光频率梳(2)发出的光脉冲经过二分之一波片HWP2后入射到偏振分光棱镜PBS2，两束光在偏振分光棱镜PBS2合光形成正交偏振光，正交偏振光的一路依次经倍频聚焦透镜L1、第二类相位匹配非线性倍频晶体C1和倍频耦合透镜L3后输入至数据采集和处理单元，另一路依次经倍频聚焦透镜L2、第二类相位匹配非线性倍频晶体C2和倍频耦合透镜L4后输入至数据采集和处理单元；所述采样频率与第二飞秒激光频率梳(2)的脉冲重复频率相同。