超快飞秒光学新工具！单腔双光梳的精确测距应用前景

介绍

单腔双光梳技术是近年来光学领域备受瞩目的研究方向之一。这项技术不仅在光谱分析、激光测距、厚膜检测、泵浦探测等领域具有重要应用前景，还为研究精密光谱学、量子光学、光子学等提供了全新的研究平台。

正文

单腔双光梳技术是近年来光学领域备受瞩目的研究方向之一。它利用了光学微腔的特殊结构和双光梳的高度频率稳定性，实现了在单个微腔中同时产生两个频率间隔均匀的光学频率梳。这项技术不仅在光谱分析、激光测距、厚膜检测、泵浦探测等领域具有重要应用前景，还为研究精密光谱学、量子光学、光子学等提供了全新的研究平台。

精确测距

精密测距在工业计量、雷达测距、自主导航、机器人遥感等众多领域中都发挥着至关重要的作用，可以实现物体的精确定位、微小变化的检测以及动态环境的高精度监控。基于激光的技术，目前已经有非常多的测距方法，例如飞行时间 (ToF) 测量、干涉测量和调频连续波测距。这些方法大多利用光或电磁波的原理，根据传播时间或相移的测量来确定距离。

双梳状激光雷达

双梳激光雷达是一种尖端传感技术，它结合了ToF和干涉测量原理，同时还利用了类似于 FMCW激光雷达的相干信号放大功能。这种创新方法结合了这些技术的优势，实现高精度和快速的绝对距离测量。

传统激光雷达系统通常依靠ToF或干涉测量法进行距离测量。ToF 测量激光脉冲传播到物体并返回所需的时间，而干涉测量法则分析激光束的干涉图案。然而，这两种方法在测量精度、速度或范围方面都有局限性。

双梳激光雷达通过利用两个重复率略有不同的频率梳克服了这些限制。当发射的光与目标物体相互作用时，一部分光会被反射回来，同时，另一部分光也被参考端反射。通过将目标和参考物反射的来自一个梳子的光与来自另一梳子的光进行干涉，并测量所得干涉图案之间的延迟，便可以获得精确的距离测量。

双梳激光雷达的关键决定因素是脉冲带宽、重复率和重复率差。通过利用游标效应（即在同一测量中交换参考激光器和采样激光器的角色），双梳激光雷达可以实现极长的测量范围。 这个范围可以延伸到数百公里，已经超出了大多数实际应用的要求。同时，系统仍然可以保持微米精度，这是由脉冲持续时间（通常在亚皮秒范围内）和数据采集速度决定的。除此之外，双梳激光雷达还可以获取干扰信号，从而实现亚波长精度的测量。这些综合功能使双梳激光雷达成为高精度测距应用的强大技术手段。

采用单腔双梳激光器的双梳激光雷达

在双梳激光雷达系统中使用单腔双梳激光器对于实现该技术的实际应用至关重要。采用单腔设计可以使得系统变得更加紧凑，更加适合集成到各种平台和设备中。使用单腔激光源也无需进行复杂的光学同步，从而简化了整个系统架构，对于该技术的广泛采用和商业化尤为重要。

审核编辑 黄宇