目 錄

第1章 緒論 1
1.1 測(cè)距技術(shù)及性能評(píng)價(jià)指標(biāo) 1
1.2 激光絕對(duì)測(cè)距技術(shù)簡(jiǎn)介 6
1.2.1 脈沖飛行時(shí)間測(cè)量 6
1.2.2 激光調(diào)制絕對(duì)測(cè)距 7
1.2.3 多波長(zhǎng)干涉測(cè)距 9
1.3 飛秒激光頻率梳測(cè)距的發(fā)展現(xiàn)狀 13
參考文獻(xiàn) 15
第2章 飛秒激光脈沖與光學(xué)頻率梳原理 20
2.1 飛秒激光的時(shí)間-頻率性質(zhì) 20
2.1.1 飛秒激光脈沖的數(shù)學(xué)描述 20
2.1.2 飛秒脈沖的色散與啁啾 21
2.1.3 飛秒脈沖的光譜相位 23
2.2 飛秒激光脈沖產(chǎn)生技術(shù) 25
2.2.1 被動(dòng)鎖模原理 25
2.2.2 光纖飛秒激光技術(shù) 27
2.2.3 脈沖序列的定時(shí)抖動(dòng) 34
2.2.4 超連續(xù)光譜產(chǎn)生技術(shù) 38
2.3 光學(xué)頻率梳 41
2.3.1 f?2f自參考技術(shù) 42
2.3.2 光學(xué)頻率梳的穩(wěn)頻 44
2.3.3 電光調(diào)制頻率梳 52
2.3.4 微腔頻率梳產(chǎn)生技術(shù) 55
參考文獻(xiàn) 59
第3章 飛秒激光脈沖飛行時(shí)間絕對(duì)距離測(cè)量 62
3.1 基于一階互相關(guān)的飛秒激光頻率梳絕對(duì)測(cè)距原理 62
3.2 一階互相關(guān)絕對(duì)測(cè)距實(shí)驗(yàn) 65
3.2.1 群速度色散對(duì)測(cè)距精度的影響及修正方法 65
3.2.2 大量程測(cè)距精度提升技術(shù) 68
3.2.3 減小測(cè)量死區(qū)的技術(shù)手段 70
3.3 基于一階互相關(guān)的飛行時(shí)間三維形貌測(cè)量 73
3.4 基于強(qiáng)度互相關(guān)的飛秒激光絕對(duì)測(cè)距 75
3.4.1 非共線式強(qiáng)度互相關(guān)提取脈沖飛行時(shí)間 76
3.4.2 干涉條紋分辨的強(qiáng)度互相關(guān)提取脈沖飛行時(shí)間 78
3.5 平衡光學(xué)互相關(guān)飛行時(shí)間絕對(duì)測(cè)距技術(shù) 81
3.5.1 平衡光學(xué)互相關(guān)原理 81
3.5.2 通信波段的平衡光學(xué)互相關(guān)飛行時(shí)間絕對(duì)距離測(cè)量 82
3.5.3 1 μm波段的平衡光學(xué)互相關(guān)飛行時(shí)間絕對(duì)距離測(cè)量 83
參考文獻(xiàn) 88
第4章 飛秒激光頻率梳合成波長(zhǎng)絕對(duì)測(cè)距技術(shù) 91
4.1 基于光頻梳模間拍頻的合成波長(zhǎng)絕對(duì)測(cè)距 91
4.1.1 測(cè)量分辨力 93
4.1.2 空氣群折射率的自校準(zhǔn) 94
4.1.3 絕對(duì)距離測(cè)量 95
4.2 參考至光學(xué)頻率梳的合成波長(zhǎng)絕對(duì)測(cè)距 96
4.2.1 多波長(zhǎng)干涉測(cè)距 97
4.2.2 掃頻干涉測(cè)距 101
4.2.3 合成波長(zhǎng)測(cè)距在大臺(tái)階結(jié)構(gòu)的三維面型測(cè)量中的應(yīng)用 104
4.3 基于電光頻率梳的外差式多波長(zhǎng)干涉絕對(duì)測(cè)距 106
參考文獻(xiàn) 110
第5章 雙光梳絕對(duì)距離測(cè)量 113
5.1 基于線性光學(xué)采樣的雙光梳絕對(duì)測(cè)距技術(shù) 113
5.1.1 基本原理與演示實(shí)驗(yàn) 113
5.1.2 避免測(cè)量死區(qū)的方法 118
5.1.3 微腔光頻梳高速、高精度絕對(duì)測(cè)距 120
5.2 基于非線性異步光學(xué)采樣的雙光梳絕對(duì)測(cè)距技術(shù) 121
5.3 影響雙光梳絕對(duì)測(cè)距精度的關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù) 124
5.3.1 線性光學(xué)采樣絕對(duì)測(cè)距的最佳脈沖重復(fù)頻率差 124
5.3.2 非線性異步光學(xué)采樣絕對(duì)測(cè)距中的脈沖定時(shí)抖動(dòng)的影響 130
5.4 基于單臺(tái)飛秒激光器的雙光梳絕對(duì)測(cè)距 141
5.4.1 雙波長(zhǎng)光纖飛秒激光器應(yīng)用于線性光學(xué)采樣絕對(duì)測(cè)距 142
5.4.2 雙波長(zhǎng)飛秒激光器應(yīng)用于非線性異步光學(xué)采樣絕對(duì)測(cè)距及
測(cè)量精度極限 144
5.4.3 雙向微腔光頻梳線性光學(xué)采樣絕對(duì)測(cè)距 147
5.4.4 雙重復(fù)頻率電光調(diào)制光頻梳的絕對(duì)測(cè)距 148
5.5 基于雙光梳測(cè)距的三自由度傳感 150
參考文獻(xiàn) 153
第6章 飛秒激光調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）激光雷達(dá) 156
6.1 調(diào)頻連續(xù)波激光雷達(dá)概述 156
6.2 飛秒激光頻率梳矯正的成像FMCW激光雷達(dá) 157
6.3 基于線性啁啾飛秒激光頻率梳的FMCW絕對(duì)測(cè)距 161
6.4 基于微腔孤子光頻梳的多路FMCW絕對(duì)測(cè)距 164
參考文獻(xiàn) 166
第7章 飛秒激光頻率梳光譜成像方法 168
7.1 光頻梳光譜干涉絕對(duì)距離測(cè)量 168
7.2 基于虛像相位陣列（VIPA）的單梳齒分辨的光譜干涉
絕對(duì)測(cè)距 172
7.3 啁啾光學(xué)頻率梳單次曝光光譜干涉成像 176
7.3.1 啁啾光學(xué)頻率梳的光譜干涉成像原理 176
7.3.2 單點(diǎn)測(cè)距的實(shí)驗(yàn)裝置與距離值定標(biāo)方法 177
7.3.3 單次曝光的臺(tái)階測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果 179
7.4 基于實(shí)時(shí)光譜技術(shù)的高速成像 180
7.4.1 時(shí)間拉伸-色散傅里葉變換（TS-DFT）實(shí)時(shí)光譜技術(shù) 180
7.4.2 TS-DFT技術(shù)實(shí)現(xiàn)高速振動(dòng)測(cè)量 182
7.5 基于雙光梳光譜測(cè)量的三維成像 185
7.5.1 雙光梳光譜技術(shù) 185
7.5.2 基于雙光梳光譜的線掃描三維成像 187
7.6 全波形主動(dòng)高光譜激光雷達(dá) 191
7.6.1 高光譜激光雷達(dá)技術(shù)概述 191
7.6.2 基于超連續(xù)光譜的全波形主動(dòng)高光譜雷達(dá)技術(shù) 192
7.6.3 雙光梳高光譜成像技術(shù) 195
7.6.4 雙光梳高光譜單像素成像技術(shù) 197
參考文獻(xiàn) 202
第8章 飛秒激光精密位移測(cè)量方法 206
8.1 飛秒激光頻率梳精密位移測(cè)量技術(shù) 206
8.1.1 基于光外差變焦干涉儀的精密位移測(cè)量 207
8.1.2 基于法布里-珀羅諧振腔的微位移測(cè)量技術(shù) 208
8.2 基于精密光學(xué)-微波相位探測(cè)的飛行時(shí)間位移測(cè)量技術(shù) 212
8.2.1 光纖環(huán)路光學(xué)-微波鑒相器 213
8.2.2 飛行時(shí)間微位移測(cè)量 218
8.2.3 微結(jié)構(gòu)元器件的三維形貌測(cè)量技術(shù) 219
8.3 基于微位移測(cè)量的光纖應(yīng)變傳感技術(shù) 220
8.3.1 飛秒激光頻率梳直接測(cè)量光學(xué)頻率的應(yīng)變傳感 221
8.3.2 雙光梳精密光譜應(yīng)用于應(yīng)變傳感 223
8.3.3 基于光學(xué)-微波相位探測(cè)的高分辨力光纖應(yīng)變傳感 224
參考文獻(xiàn) 226
第9章 大氣測(cè)量環(huán)境中的折射率修正技術(shù) 229
9.1 空氣折射率對(duì)測(cè)距精度的影響及現(xiàn)有的折射率修正技術(shù) 229
9.1.1 大氣環(huán)境中的激光干涉測(cè)距的精度限制 229
9.1.2 基于經(jīng)驗(yàn)公式的空氣折射率修正方法 231
9.1.3 空氣折射率的自動(dòng)修正方法 233
9.2 基于光學(xué)頻率梳的雙色法空氣折射率自動(dòng)修正技術(shù) 235
9.2.1 利用雙色光學(xué)頻率梳提升空氣折射率自動(dòng)修正準(zhǔn)確度 235
9.2.2 利用參考至光學(xué)頻率梳的雙色激光進(jìn)行空氣折射率的自動(dòng)修正 240
9.3 利用飛秒激光飛行時(shí)間法直接測(cè)量空氣群折射率 241
參考文獻(xiàn) 244
第10章 應(yīng)用于飛秒激光絕對(duì)測(cè)距的新的距離解算算法 246
10.1 卡爾曼濾波提升飛秒激光測(cè)距精度的方法 246
10.1.1 卡爾曼濾波模型 247
10.1.2 雙光梳絕對(duì)測(cè)距和測(cè)速實(shí)驗(yàn) 251
10.2 無(wú)參數(shù)頻譜估計(jì)技術(shù)在飛秒激光絕對(duì)測(cè)距數(shù)據(jù)解算中的
應(yīng)用 259
10.2.1 奇異譜分析模型 259
10.2.2 提升雙光梳絕對(duì)測(cè)距信噪比的實(shí)驗(yàn) 261
參考文獻(xiàn) 267
第11章 飛秒激光任意長(zhǎng)度絕對(duì)距離測(cè)量的應(yīng)用 269
11.1 工業(yè)與精密制造業(yè)的應(yīng)用 269
11.1.1 微米精度的大尺寸三維表面形貌測(cè)量 269
11.1.2 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的大尺寸、多站點(diǎn)、可溯源絕對(duì)測(cè)距網(wǎng)絡(luò) 276
11.2 空間探測(cè)領(lǐng)域的潛在應(yīng)用 279
11.2.1 航天搭載的光纖飛秒激光頻率梳 279
11.2.2 基于大尺寸、高精度基線長(zhǎng)度測(cè)量的遙感成像任務(wù)的潛在
應(yīng)用 285
參考文獻(xiàn) 297