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News Detail
美国研发出纳米级精度的激光雷达
6月30日消息,美国国家标准与技术研究院(NIST)的研究人员发明了一个激光雷达系统,它能够跟踪多个目标,在一百公里以内可以精确到纳米精度。这个激光雷达系统可以用于精密制造和卫星网络控制。(Nature Photonics DOI: 10.1038/NPHOTON.2009.94)

   “令人感到兴奋的是,这个系统的性能超过了部件的总和,通过融合干涉仪和飞行测量仪等精密仪器,能够得到纳米尺度的分辨率。”NIST的Ian Coddington表示。

   该装置的关键零件是两个相干宽带光纤激光频率梳。频率梳(Frequency combs)输出一系列稳定的短脉冲,短脉冲包含高相干载体,扩展到整个脉冲序列(pulse train)。这就意味着一个频率梳能够同时用来做一个干涉测量,以及一个飞行时间量级(time-of-flight)质谱测量。


新的激光雷达能够不断地对比反馈多个卫星上的多个参考点的距离信息。该设备还可以用于自动化制造领域,在这些场合许多制造要求精密的公差。

在这个装置中,两个锁相环频率梳用在相干线性光学采样结构中,被称为多外差(multi-heterodyne)。也就是说,一个频率梳测量距离路径,同时另一个读取距离信息。

   来自第一个频率梳的脉冲由光纤导出,射在两个玻璃板上(一个是目标板,一个是参考板)。该板反射4%的脉冲回到光纤中,有效地创造了两个新的脉冲。这两个新脉冲的时间间隔给出了目标板和参考板的距离信息。图片来源:Ian Coddington

   第二个频率梳和第一个是紧密锁相关系,但具有不同的重复频率。根据光源干涉时,连贯脉冲之间的不同延迟,第二个频率梳采样信号和第一梳的电场的光有一点不同。

   “采样频率,或者时间分辨率可以是非常小(我们用的是500 fs)的,使得我们可以做飞行量级的时间测量,同时也允许我们看到载波相位,用于干涉测量。”

   Coddington和他的同事下一步打算减少纳米级测量的时间。“当前我们需要60ms,但我们相信未来可以降到0.2ms。”他表示。


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