基于光学频率梳的高精度测距技术研究进展

精密测量技术是先进制造的重要支撑,其中精密激光测量技术在几何量测量特别是在线和高精度测量中应用最为广泛。针对先进制造更高的要求,新的激光测量技术不断发展,如基于光学频率梳的测距技术,其以宽光谱、窄脉宽、高频率稳定性的光频梳作为光源,通过相干探测可实现高精度和宽范围的绝对距离测量。同时,微纳制造工艺的提升以及光电子集成技术的发展,为进一步满足现场测量环境下高稳定性、仪器集成化和在线测量的需求提供了可能。围绕先进制造中高精度测距的需求,综述了光频梳测距方案的基本原理、性能指标与应用发展现状。首先,阐述了光学频率梳的基本特性和新型微腔孤子光频梳的相关研究;然后,详细介绍了光频梳频域、时域测距技术的测量原理和研究进展,包括色散干涉法、合成波长法、参考臂扫描法、重复频率扫描法和双光梳异步光学采样法等;最后,分析并比较了现有技术的发展进程及其优化方向,并对相关仪器化研制和现场应用进行了总结与展望。

空间应用激光干涉测距技术发展综述

近年来,长基线高精度激光干涉距离测量技术的空间应用,为空间引力波探测(天琴计划、太极计划、LISA计划)、系外生命探测(觅音计划)、先进重力场测量(GRACE Follow-on)等大科学计划,以及高精度多星组网技术的实现提供了不可或缺的条件。ESA研制的星间激光干涉测距仪随GRACE Follow-on卫星于2018年5月发射实现了在轨应用,能够在220km距离上实现1nm@100mHz的测距精度,代表了目前远距离星间测距的最高水平;此外,ESA和NASA正在联合开展百万千米距离上pm量级精度的超高精度激光测距研究。高精度星间激光干涉测距是空间科学与空间技术的发展方向和迫切需求,是国际航天强国竞逐的制高点,属于国际最先进的前沿技术之一。文章紧跟空间应用高精度距离测量技术发展趋势,调研国内外该领域的研究进展,梳理、识别星间长基线nm量级、pm量级高精度激光干涉测距的关键技术,为支持中国未来pm量级星间激光干涉测量系统研究,抢占星间高精度测量领域的制高点提供参考。