1 东莞理工学院电子工程与智能化学院, 广东 东莞 523808
2 深圳大学物理与光电工程学院, 广东 深圳 518060
3 华南师范大学信息光电子科技学院, 广东 广州 510006
大尺寸装备制造、空间中航天器编队飞行等领域面临大量程、高速、高精度的绝对距离测量需求, 传统的干涉相位法与飞行时间法已经无法满足测量需求。随着光频梳的出现, 能够利用光频梳在时域及频域中的高分辨特性, 将其应用于测距中。双光梳测距在解决了量程扩展问题后, 成为了集大尺度、快速测量、高精度于一体的光学测距手段。梳理了光梳测距的发展过程, 阐述了双光梳测距发展过程遇到量程扩展、噪声抑制、空气折射率补偿、光源小型化等问题及解决办法, 为双光梳测距系统的完善提供理论指导。
双光梳 绝对距离测量 飞行时间法测距 非模糊距离 噪声抑制 dual optical comb absolute distance measurement time-of-flight method ranging unambiguous distance noise suppression
1 清华大学精密仪器系精密测试技术及仪器国家重点实验室, 北京 100084
2 清华大学深圳国际研究生院先进制造学部, 广东 深圳 518055
距离测量作为几何量测量关键共性基础技术之一,在科学研究、高端装备制造及空间探测等领域有重要应用。新兴的双光梳绝对测距技术充分发挥了光学频率梳的时域超短脉冲和频域高分辨特性,能实现大范围、高精度、高测速的绝对距离测量。首先,在简要阐述双光梳基本原理的基础上,着重介绍了双光梳飞行时间法测距和相位法测距的研究进展;然后,介绍了双光梳测距技术的功能拓展、仪器化进程及应用实例;最后,对双光梳测距的发展进行了展望。
测量 绝对距离测量 双光梳 飞行时间法测距 相位法测距 仪器化及应用 中国激光
2021, 48(15): 1504002
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所航空光学成像与测量重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
随着工业的不断发展,单光子激光测距凭借其探测距离远和探测灵敏度高等特点在测绘领域扮演着不可或缺的角色。本文介绍了单光子激光测距的关键技术、单光子探测器以及着重介绍了单光子激光测距技术应用领域的研究进展,并对未来单光子激光测距的发展进行了总结和展望。
成像系统 单光子测距 单光子探测器 时间相关光子计数技术 飞行时间法 雪崩二极管 激光与光电子学进展
2021, 58(10): 1011020
1 长春工业大学机电工程学院, 吉林长春 130012
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林长春 130033
基于飞行时间法（Time-of-Flight, TOF）的 3D相机是一种体积小、误差小、抗干扰能力强、可直接输出深度信息的新型立体成像设备。目前, 该类相机已成为测量成像领域的研究热点。本文首先介绍了 TOF相机的发展历程及测量原理；随后对 TOF相机测量误差来源及类型进行分析；接着将 TOF技术与其他主流的三维成像技术进行对比分析；最后对 TOF相机的应用与发展趋势进行了阐述。
飞行时间法 3D-TOF相机 深度信息 测量误差 time-of-flight method, 3D -TOF camera, depth infor
湖南师范大学物理与电子科学学院, 湖南 长沙 410081
基于反射光强度和深度二维变量的含加性权值B样条曲面误差拟合被用于校正由目标场景的低反射率或长距离引起的弱光强度相关深度误差。与传统的B样条曲面误差拟合相比,改进的模型使用权值参数优化每个曲面片的部分控制点,获得了更精确的误差拟合曲面片,使得平均校正误差小于2 mm,精度提高了近2倍。此外,为克服乘性权值矩阵无法通过最小二乘法获取的难题,对每个控制点添加加性权值参数,实现相机参数校准过程中一次性求得控制点参数矩阵和加性权值参数矩阵。同时,考虑到谐波相关误差也与深度相关,将谐波相关误差的校正统一到校正方法中。
成像系统 飞行时间法 谐波相关误差 强度相关误差 B样条曲面拟合 加性权值
1 四川大学物理学院,成都 610064
2 四川大学中英联合材料研究所,成都 610064
采取光电流的飞行时间法测量多个通过P3HT(poly(3-hexylthiophene))氯仿溶液用滴涂法制备的有机薄膜所构成的ITO/P3HT/Al器件中的载流子渡越时间,记录到具有较大数据范围的迁移率分布,将全部数据在P-F图(Poole-Frenkel plot)上分析得到迁移率规律地分为三组,可以判断P3HT中存在有三种或更多的不同载流子输运机制。
空穴迁移率 飞行时间法 Hole mobility Time-of-flight method P3HT P3HT
国防科学技术大学机电工程与自动化学院, 湖南 长沙 410073
飞秒光梳的出现为实现高精度绝对距离测量提供了诸多有效方法,并有望直接应用于激光雷达、卫星编队飞行和空间引力测量等空间探测任务.从未来空间精密测距的精度需求出发,提出在飞行时间法辅助测距的基础上利用光学脉冲互相关分析技术将目标距离测量直接溯源到光梳重复频率的测量方法,建立了飞秒光梳测距基本模型,进行了飞秒脉冲互相关理论分析,并开展了互相关及测距仿真实验.仿真结果表明,在目标距离为10 km 以及重复频率扫描精度0.01 Hz条件下,进行非模糊量程内线性测距的测量精度优于450 nm,测距残余误差的峰谷(PV)值为780 nm,验证了该方法实现亚微米级甚至纳米量级大量程空间精密测距的可行性.
测量 激光测距 飞秒光梳 互相关 重复频率 飞行时间法
1 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 东华大学信息学院, 上海 200051
提出一种基于声光扫描技术实现三维视频激光雷达系统，克服了基于传统扫描方式的三维成像激光雷达应用中所面临的成像速度慢、体积大、质量大等问题。采用二维声光扫描技术，大大提高了扫描速度；同时，采用高精度的时间差检测芯片，精确测量激光脉冲飞行时间，从而获得高精度的距离值，实现高精度的三维视频成像。详细描述了系统的原理、组成部分以及实验结果。在图像分辨率为63 pixel×63 pixel时，该系统三维成像速度达到25 frame/s，实现视频三维成像，能够满足对成像速度要求较高的特殊场合的需求。
成像系统 声光扫描 三维成像 激光雷达 非机械扫描 高重频光纤激光器 飞行时间法
1 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
2 山西大学物理电子工程学院, 山西 太原 030006
我们在实验上基于铯原子的2D+磁光阱获得了通量为8.5×1010原子／s、平均速度与速度分布分别为16 m／s与4 m／s、空间发散角为25 mrad的冷原子束流,通过相敏的飞行时间法对原子束流的通量进行了准确测量,并对背景原子气压、推送光功率以及冷却光失谐等参量对原子束流的影响进行了实验研究与分析。
2D+磁光阱 高通量 原子束流 相敏的飞行时间法 2D+magneto-optical trap high flux atomic beam phase-sensitive time-of-flight method
1 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室冷原子物理中心, 上海 201800
2 华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室, 上海 200062
报道了一种新的测量大尺度冷原子团温度的方法。这种方法利用反亥姆霍兹线圈产生四极磁场，探测光沿着竖直方向逐点测量冷原子团的分布情况，获得冷原子团在不同自由下落时间下的密度分布曲线，进而拟合出冷原子团的温度值。通过实验，利用这种方法测量了积分球中冷原子团的温度，为73±12 μK，并与飞行时间(TOF)方法的测量结果进行了比较。
原子与分子物理学 激光冷却 飞行时间法 冷原子分布 冷原子温度 冷原子钟
