光学频率梳的绝对距离测量研究
发布时间：2022-12-18 08:31
光学频率梳的出现和飞速发展给超精密计量领域带来了革命性的进步。大尺寸高精度的绝对距离测量在基础科学研究和工程实际应用中都发挥着重要的作用。1983年,国际计量大会定义长度单位米为光在真空中行进1/299792458秒的距离,实现了长度（米）和时间（秒）的高度统一。光学频率梳作为一种新型的光源,可直接连接长度和时间,于是,光学频率梳的绝对距离测量很快成为了国际国内的研究热门。本论文研究了光学频率梳的绝对距离测量,在几十米大范围内实现了高精度的绝对距离测量,满足大尺寸高精度的绝对距离测量需求。研究了强度探测的绝对距离测量方法,分析了脉冲互相关原理,建立了基于高斯脉冲、Sech~2脉冲和洛仑兹脉冲的脉冲互相关模型,通过两个脉冲的干涉强度实现绝对距离测量。在25m范围内,与参考干涉仪比对的结果表明,测量不确定度优于1.5μm。分析了色散干涉的原理,基于色散干涉条纹的调制频率实现绝对距离测量,但是采用低分辨率的光谱分析仪无法实现任意测距。为了克服这一局限性,采用一段长的延迟光纤作为参考臂,通过改变光学频率梳的重复频率,可以实现任意测距。实验结果表明,在75m范围内,测量不确定度优于25μm。进行...
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
1.2 光学频率梳
1.2.1 光纤光学频率梳
1.2.2 电光调制光学频率梳
1.2.3 微谐振腔光学频率梳
1.3 光学频率梳的绝对距离测量
1.3.1 多外差干涉
1.3.2 光学采样
1.3.3 色散干涉
1.3.4 光学频率梳作为校准光源
1.3.5 脉冲对准
1.4 本论文的研究内容
第二章 基于强度探测的绝对距离测量
2.1 光学频率梳脉冲互相关原理
2.1.1 不同脉冲模型对应的脉冲互相关条纹
2.1.2 最亮条纹的位置分析
2.2 绝对距离测量实验
2.2.1 实验系统
2.2.2 脉冲互相关条纹直流强度和交流幅度的变化规律
2.2.3 基于强度探测的绝对距离测量
2.2.4 测量非模糊范围的拓展
2.3 测量不确定度分析
2.4 本章小节
第三章 基于色散干涉的绝对距离测量
3.1 色散干涉的原理
3.1.1 整数N的测量
3.1.2 小数部分d的测量
3.2 基于色散干涉的任意距离测量原理
3.3 色散干涉的绝对距离测量实验
3.3.1 实验系统
3.4 实验结果
3.4.1 2km长光纤稳定实验
3.4.2 整数N的测量实验
3.4.3 短距离的绝对距离测量
3.4.4 长距离的绝对距离测量实验
3.5 不确定度分析
3.6 不确定度的最优化
3.7 本章小节
第四章 扫描重复频率的光学采样绝对距离测量
4.1 扫描重复频率的光学采样原理分析
4.2 傅立叶变换实现绝对距离测量
4.2.1 原理分析
4.2.2 绝对距离测量实验
4.2.3 下采样系数分析
4.3 希尔伯特变换实现绝对距离测量
4.3.1 测量系统
4.3.2 测量过程
4.3.3 实验结果
4.4 不确定度分析
4.5 玻璃厚度和折射率的测量
4.5.1 玻璃厚度和折射率测量的原理
4.5.2 玻璃厚度和折射率的测量系统
4.5.3 长光纤的色散补偿
4.5.4 长光纤的稳定实验
4.5.5 玻璃厚度和折射率的测量实验
4.5.6 不确定度分析
4.6 本章小节
第五章 光学频率梳与单频激光多外差干涉绝对距离测量
5.1 光学频率梳与单频激光多外差干涉的原理分析
5.2 光学频率梳与自由运行单频激光的多外差干涉绝对距离测量
5.2.1 光学频率梳与自由运行单频激光的拍频实验
5.2.2 绝对距离测量实验
5.3 光学频率梳与稳定单频激光多外差干涉的绝对距离测量
5.3.1 单频激光器锁定频率实验
5.3.2 绝对距离测量实验
5.4 不确定度分析
5.5 本章小节
第六章 双波长色散干涉的空气折射率自修正
6.1 双波长折射率修正的原理
6.2 双波长色散干涉折射率自修正实验系统
6.3 CCD相机的校准
6.4 双波长色散干涉折射率自修正
6.4.1 双波长色散干涉的长时间实验
6.4.2 基频光的色散干涉长时间实验
6.4.3 双波长色散干涉的折射率自修正
6.5 双波长色散干涉的绝对距离测量实验
6.5.1 绝对距离测量结果
6.6 不确定度分析
6.7 本章小节
第七章 总结与展望
7.1 本文工作总结
7.2 主要创新点
7.3 未来工作展望
参考文献
发表论文情况
致谢
本文编号：3721731
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
1.2 光学频率梳
1.2.1 光纤光学频率梳
1.2.2 电光调制光学频率梳
1.2.3 微谐振腔光学频率梳
1.3 光学频率梳的绝对距离测量
1.3.1 多外差干涉
1.3.2 光学采样
1.3.3 色散干涉
1.3.4 光学频率梳作为校准光源
1.3.5 脉冲对准
1.4 本论文的研究内容
第二章 基于强度探测的绝对距离测量
2.1 光学频率梳脉冲互相关原理
2.1.1 不同脉冲模型对应的脉冲互相关条纹
2.1.2 最亮条纹的位置分析
2.2 绝对距离测量实验
2.2.1 实验系统
2.2.2 脉冲互相关条纹直流强度和交流幅度的变化规律
2.2.3 基于强度探测的绝对距离测量
2.2.4 测量非模糊范围的拓展
2.3 测量不确定度分析
2.4 本章小节
第三章 基于色散干涉的绝对距离测量
3.1 色散干涉的原理
3.1.1 整数N的测量
3.1.2 小数部分d的测量
3.2 基于色散干涉的任意距离测量原理
3.3 色散干涉的绝对距离测量实验
3.3.1 实验系统
3.4 实验结果
3.4.1 2km长光纤稳定实验
3.4.2 整数N的测量实验
3.4.3 短距离的绝对距离测量
3.4.4 长距离的绝对距离测量实验
3.5 不确定度分析
3.6 不确定度的最优化
3.7 本章小节
第四章 扫描重复频率的光学采样绝对距离测量
4.1 扫描重复频率的光学采样原理分析
4.2 傅立叶变换实现绝对距离测量
4.2.1 原理分析
4.2.2 绝对距离测量实验
4.2.3 下采样系数分析
4.3 希尔伯特变换实现绝对距离测量
4.3.1 测量系统
4.3.2 测量过程
4.3.3 实验结果
4.4 不确定度分析
4.5 玻璃厚度和折射率的测量
4.5.1 玻璃厚度和折射率测量的原理
4.5.2 玻璃厚度和折射率的测量系统
4.5.3 长光纤的色散补偿
4.5.4 长光纤的稳定实验
4.5.5 玻璃厚度和折射率的测量实验
4.5.6 不确定度分析
4.6 本章小节
第五章 光学频率梳与单频激光多外差干涉绝对距离测量
5.1 光学频率梳与单频激光多外差干涉的原理分析
5.2 光学频率梳与自由运行单频激光的多外差干涉绝对距离测量
5.2.1 光学频率梳与自由运行单频激光的拍频实验
5.2.2 绝对距离测量实验
5.3 光学频率梳与稳定单频激光多外差干涉的绝对距离测量
5.3.1 单频激光器锁定频率实验
5.3.2 绝对距离测量实验
5.4 不确定度分析
5.5 本章小节
第六章 双波长色散干涉的空气折射率自修正
6.1 双波长折射率修正的原理
6.2 双波长色散干涉折射率自修正实验系统
6.3 CCD相机的校准
6.4 双波长色散干涉折射率自修正
6.4.1 双波长色散干涉的长时间实验
6.4.2 基频光的色散干涉长时间实验
6.4.3 双波长色散干涉的折射率自修正
6.5 双波长色散干涉的绝对距离测量实验
6.5.1 绝对距离测量结果
6.6 不确定度分析
6.7 本章小节
第七章 总结与展望
7.1 本文工作总结
7.2 主要创新点
7.3 未来工作展望
参考文献
发表论文情况
致谢
本文编号：3721731
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