光學(xué)頻率梳的出現(xiàn)和飛速發(fā)展給超精密計量領(lǐng)域帶來了革命性的進步。大尺寸高精度的絕對距離測量在基礎(chǔ)科學(xué)研究和工程實際應(yīng)用中都發(fā)揮著重要的作用。1983年,國際計量大會定義長度單位米為光在真空中行進1/299792458秒的距離,實現(xiàn)了長度（米）和時間（秒）的高度統(tǒng)一。光學(xué)頻率梳作為一種新型的光源,可直接連接長度和時間,于是,光學(xué)頻率梳的絕對距離測量很快成為了國際國內(nèi)的研究熱門。本論文研究了光學(xué)頻率梳的絕對距離測量,在幾十米大范圍內(nèi)實現(xiàn)了高精度的絕對距離測量,滿足大尺寸高精度的絕對距離測量需求。研究了強度探測的絕對距離測量方法,分析了脈沖互相關(guān)原理,建立了基于高斯脈沖、Sech~2脈沖和洛侖茲脈沖的脈沖互相關(guān)模型,通過兩個脈沖的干涉強度實現(xiàn)絕對距離測量。在25m范圍內(nèi),與參考干涉儀比對的結(jié)果表明,測量不確定度優(yōu)于1.5μm。分析了色散干涉的原理,基于色散干涉條紋的調(diào)制頻率實現(xiàn)絕對距離測量,但是采用低分辨率的光譜分析儀無法實現(xiàn)任意測距。為了克服這一局限性,采用一段長的延遲光纖作為參考臂,通過改變光學(xué)頻率梳的重復(fù)頻率,可以實現(xiàn)任意測距。實驗結(jié)果表明,在75m范圍內(nèi),測量不確定度優(yōu)于25μm。進行... 

【文章頁數(shù)】：133 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 課題研究的背景和意義
    1.2 光學(xué)頻率梳
        1.2.1 光纖光學(xué)頻率梳
        1.2.2 電光調(diào)制光學(xué)頻率梳
        1.2.3 微諧振腔光學(xué)頻率梳
    1.3 光學(xué)頻率梳的絕對距離測量
        1.3.1 多外差干涉
        1.3.2 光學(xué)采樣
        1.3.3 色散干涉
        1.3.4 光學(xué)頻率梳作為校準(zhǔn)光源
        1.3.5 脈沖對準(zhǔn)
    1.4 本論文的研究內(nèi)容
第二章 基于強度探測的絕對距離測量
    2.1 光學(xué)頻率梳脈沖互相關(guān)原理
        2.1.1 不同脈沖模型對應(yīng)的脈沖互相關(guān)條紋
        2.1.2 最亮條紋的位置分析
    2.2 絕對距離測量實驗
        2.2.1 實驗系統(tǒng)
        2.2.2 脈沖互相關(guān)條紋直流強度和交流幅度的變化規(guī)律
        2.2.3 基于強度探測的絕對距離測量
        2.2.4 測量非模糊范圍的拓展
    2.3 測量不確定度分析
    2.4 本章小節(jié)
第三章 基于色散干涉的絕對距離測量
    3.1 色散干涉的原理
        3.1.1 整數(shù)N的測量
        3.1.2 小數(shù)部分d的測量
    3.2 基于色散干涉的任意距離測量原理
    3.3 色散干涉的絕對距離測量實驗
        3.3.1 實驗系統(tǒng)
    3.4 實驗結(jié)果
        3.4.1 2km長光纖穩(wěn)定實驗
        3.4.2 整數(shù)N的測量實驗
        3.4.3 短距離的絕對距離測量
        3.4.4 長距離的絕對距離測量實驗
    3.5 不確定度分析
    3.6 不確定度的最優(yōu)化
    3.7 本章小節(jié)
第四章 掃描重復(fù)頻率的光學(xué)采樣絕對距離測量
    4.1 掃描重復(fù)頻率的光學(xué)采樣原理分析
    4.2 傅立葉變換實現(xiàn)絕對距離測量
        4.2.1 原理分析
        4.2.2 絕對距離測量實驗
        4.2.3 下采樣系數(shù)分析
    4.3 希爾伯特變換實現(xiàn)絕對距離測量
        4.3.1 測量系統(tǒng)
        4.3.2 測量過程
        4.3.3 實驗結(jié)果
    4.4 不確定度分析
    4.5 玻璃厚度和折射率的測量
        4.5.1 玻璃厚度和折射率測量的原理
        4.5.2 玻璃厚度和折射率的測量系統(tǒng)
        4.5.3 長光纖的色散補償
        4.5.4 長光纖的穩(wěn)定實驗
        4.5.5 玻璃厚度和折射率的測量實驗
        4.5.6 不確定度分析
    4.6 本章小節(jié)
第五章 光學(xué)頻率梳與單頻激光多外差干涉絕對距離測量
    5.1 光學(xué)頻率梳與單頻激光多外差干涉的原理分析
    5.2 光學(xué)頻率梳與自由運行單頻激光的多外差干涉絕對距離測量
        5.2.1 光學(xué)頻率梳與自由運行單頻激光的拍頻實驗
        5.2.2 絕對距離測量實驗
    5.3 光學(xué)頻率梳與穩(wěn)定單頻激光多外差干涉的絕對距離測量
        5.3.1 單頻激光器鎖定頻率實驗
        5.3.2 絕對距離測量實驗
    5.4 不確定度分析
    5.5 本章小節(jié)
第六章 雙波長色散干涉的空氣折射率自修正
    6.1 雙波長折射率修正的原理
    6.2 雙波長色散干涉折射率自修正實驗系統(tǒng)
    6.3 CCD相機的校準(zhǔn)
    6.4 雙波長色散干涉折射率自修正
        6.4.1 雙波長色散干涉的長時間實驗
        6.4.2 基頻光的色散干涉長時間實驗
        6.4.3 雙波長色散干涉的折射率自修正
    6.5 雙波長色散干涉的絕對距離測量實驗
        6.5.1 絕對距離測量結(jié)果
    6.6 不確定度分析
    6.7 本章小節(jié)
第七章 總結(jié)與展望
    7.1 本文工作總結(jié)
    7.2 主要創(chuàng)新點
    7.3 未來工作展望
參考文獻
發(fā)表論文情況
致謝



本文編號：3721731