双光频梳测距系统、方法、控制设备及存储介质与流程

本申请属于双光频梳(optical frequency comb，ofc)测距，尤其涉及一种双光频梳测距系统、方法、控制设备及存储介质。

背景技术：

1、目前，光频梳在光学原子钟、距离测距、光谱测距、相干光通信、射频信号产生以及生物成像等领域被广泛应用。基于双光频梳的距离测距系统借助两个重复频率稍有偏差的光频梳之间的“游标效应”可分别实现nm量级的测距精度、mhz量级的测距速率以及km量级的测距距离。然而，现有的双光频梳测距系统的测距速率无法大范围灵活调节。

技术实现思路

1、本申请实施例提供一种双光频梳测距系统、方法、控制设备及存储介质，以解决现有双光频梳测距系统的测距速率无法大范围灵活调节的问题。

2、本申请实施例的第一方面提供一种双光频梳测距系统，包括第一光频梳、第二光频梳、环形器、第一耦合器及第二耦合器；

3、所述第一光频梳用于以第一重复频率产生测距光信号，所述测距光信号经由所述环形器传输至所述第一耦合器，再经由所述第一耦合器分束后分别传输至反射镜和待测物体；

4、所述第二光频梳用于以第二重复频率产生参考光信号，所述参考光信号传输至所述第二耦合器；

5、所述反射镜反射的第一反射光信号和所述待测物体反射的第二反射光信号经由所述第一耦合器合束后，经由所述环形器传输至所述第二耦合器；

6、所述参考光信号、所述第一反射光信号及所述第二反射光信号在所述第二耦合器中发生干涉产生干涉光信号传输至测距设备；

7、所述测距设备用于对所述干涉光信号进行光电转换和低通滤波，得到调制包络并获取所述调制包络的时域信息，进而获得待测物体的距离信息；

8、其中，所述第二重复频率为所述第一重复频率的k倍，所述第二重复频率与n倍的所述第一重复频率之差等于所述双光频梳测距系统的测距速率，所述第一重复频率和所述第二重复频率中的至少一个可调，k为大于1的小数，n为k就近取整后的数值。

9、在一个实施例中，所述测距光信号和所述本振光信号的波长包括紫外波段、可见光波段、近红外波段及中红外波段中的至少一种。

10、在一个实施例中，所述第一光频梳和所述第二光频梳分别为锁模激光器光频梳、电光调制光频梳、微腔光频梳中的一种。

11、在一个实施例中，所述锁模激光器光频梳为掺铒光纤锁模激光器光频梳、铲镱光纤锁模激光器光频梳或钛宝石锁模激光器光频梳；

12、所述电光调制光频梳为通过外加射频信号对连续光信号进行相位调制产生；

13、所述微腔光频梳为基于硅、二氧化硅、氮化硅、铌酸锂、氟化钙及氟化镁中的至少一种实现的微环光频梳、微球光频梳或微盘光频梳。

14、本申请实施例的第二方面提供一种双光频梳测距方法，基于本申请实施例的第一方面提供的双光频梳测距系统实现，所述方法包括：

15、获取用户输入的重复频率调节指令；

16、根据所述重复频率调节指令，调节所述第一重复频率和所述第二重复频率中的至少一个，以调节所述测距速率。

17、在一个实施例中，所述方法还包括：

18、根据所述时域信息，获取调制包络延时；

19、根据所述第二重复频率和所述测距速率，获取所述第一光频梳和第二光频梳的等效放大倍数；

20、根据所述调制包络延时和所述等效放大倍数，获取所述待测物体的距离。

21、在一个实施例中，所述测距速率的计算公式为：

22、v＝frep2-frep1

23、所述等效放大倍数的计算公式为：

24、

25、所述距离的计算公式为：

26、

27、其中，frep1表示所述第一重复频率，frep2表示所述第二重复频率，v表示所述测距速率，m表示所述等效放大倍数，δd表示所述距离，c表示真空中的光速，δt表示所述第一反射光信号和所述第二反射光信号之间的延时时间，δt表示所述调制包络延时。

28、本申请实施例的第三方面提供一种控制设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本申请实施例的第二方面提供的双光频梳测距方法的步骤。

29、本申请实施例的第四方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本申请实施例的第二方面提供的双光频梳测距方法的步骤。

30、本申请实施例的第五方面提供一种双光频梳测距系统，在本申请实施例的第一方面提供的双光频梳测距系统的基础上，还包括本申请实施例的第三方面提供的控制设备；

31、所述控制设备分别与所述第一光频梳、所述第二光频梳及所述测距设备电性连接，所述控制设备用于：

32、控制所述第一光频梳以第一重复频率产生测距光信号；

33、控制所述第二光频梳以第二重复频率产生参考光信号；

34、根据所述时域信息，获得所述待测物体的距离信息。

35、本申请实施例的第一方面提供的双光频梳测距系统，包括第一光频梳、第二光频梳、环形器、第一耦合器及第二耦合器；其中，第一光频梳用于以第一重复频率产生测距光信号，测距光信号经由环形器传输至第一耦合器，再经由第一耦合器分束后分别传输至反射镜和待测物体；第二光频梳用于以第二重复频率产生参考光信号，参考光信号传输至第二耦合器；反射镜反射的第一反射光信号和待测物体反射的第二反射光信号经由第一耦合器合束后，经由环形器传输至第二耦合器；参考光信号、第一反射光信号及第二反射光信号在第二耦合器中发生干涉产生干涉光信号传输至测距设备；测距设备用于对干涉光信号进行光电转换和低通滤波，得到调制包络并获取调制包络的时域信息，进而获得待测物体的距离信息；通过使得第二重复频率为第一重复频率的k倍，第二重复频率与n倍的第一重复频率之差等于双光频梳测距系统的测距速率，第一重复频率和所述第二重复频率中的至少一个可调，为大于1的小数，n为k就近取整后的数值，可以根据实际需要通过调节双光频梳的重复频率来灵活调节双光频梳测距系统测距速率。

36、可以理解的是，上述第二方面至第五方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。

技术特征：

1.一种双光频梳测距系统，其特征在于，包括第一光频梳、第二光频梳、环形器、第一耦合器及第二耦合器；

2.如权利要求1所述的双光频梳测距系统，其特征在于，所述测距光信号和所述本振光信号的波长包括紫外波段、可见光波段、近红外波段及中红外波段中的至少一种。

3.如权利要求1所述的双光频梳测距系统，其特征在于，所述第一光频梳和所述第二光频梳分别为锁模激光器光频梳、电光调制光频梳、微腔光频梳中的一种。

4.如权利要求3所述的双光频梳测距系统，其特征在于，所述锁模激光器光频梳为掺铒光纤锁模激光器光频梳、铲镱光纤锁模激光器光频梳或钛宝石锁模激光器光频梳；

5.一种双光频梳测距方法，其特征在于，基于权利要求1至4任一项所述的双光频梳测距系统实现，所述方法包括：

6.如权利要求5所述的双光频梳测距方法，其特征在于，所述方法还包括：

7.如权利要求6所述的双光频梳测距方法，其特征在于，所述测距速率的计算公式为：

8.一种控制设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求5至7任一项所述的双光频梳测距方法的步骤。

9.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求5至7任一项所述的双光频梳测距方法的步骤。

10.一种双光频梳测距系统，其特征在于，在权利要求1至4任一项所述的双光频梳测距系统的基础上，还包括权利要求8所述的控制设备；

技术总结
本申请属于双光频梳测距技术领域，提供一种双光频梳测距系统、方法、控制设备及存储介质，系统包括第一光频梳、第二光频梳、环形器、第一耦合器及第二耦合器；第一光频梳以第一重复频率产生的测距光信号经环形器传输至第一耦合器，再经第一耦合器传输至反射镜和待测物体；第二光频梳以第二重复频率产生的参考光信号传输至第二耦合器；反射镜反射的第一反射光信号和待测物体反射的第二反射光信号经第一耦合器和环形器传输至第二耦合器；参考光信号和两个反射光信号在第二耦合器中发生干涉产生干涉光信号；第二重复频率为第一重复频率的k倍，k为大于1的小数且至少一个重复频率可调。本申请提供的双光频梳测距系统的测距速率可以大范围灵活调节。

技术研发人员：张磊,胡攀攀,徐洋
受保护的技术使用者：武汉万集光电技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13