基于半导体激光器的高速宽带线性调频激光测距研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所) | 被引量 : 1次 | 上传用户:wanming2000
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1960年,第一台红宝石激光器诞生,从此就进入了以激光技术为基础的距离测量时代。由于激光的单色性好、方向性强、相干性高以及亮度高等优点,使得激光技术在军事领域以及民用领域得到广泛而快速的发展与应用。激光测距技术相较于其他测距技术而言具有测量距离远、测量精度高以及测距分辨率高等优势。常见的激光测距技术有脉冲激光测距技术、相位激光测距技术以及线性调频激光测距技术等。其中,较早应用的脉冲激光测距技术由于测量误差大等原因导致测距精度不高,但是由于激光脉冲的峰值功率很高,因此比较适合距离测量精度要求不高的远距离测量场合;相较于脉冲激光测距技术,相位激光测距技术测量精度高,但是测量距离短并且该测距系统结构复杂不易操作,因此多用于近距离高精度测量;而线性调频激光测距技术则由于具有测量速度快、测量精度高等优点,已经逐渐成为研究热点。本论文研究了基于可调谐半导体激光器的线性调频激光测距技术。首先,对线性调频激光测距技术的相关理论进行了分析,其次,根据线性调频激光测距的理论搭建了一套全光纤的线性调频激光测距系统,最后,对线性调频激光测距技术进行了实验研究。本文主要的工作内容为:1)在对现有主要的激光测距方式充分调研的基础上,对常见的几种激光测距方式的优缺点进行了分析;2)对用于激光测距的可调谐激光器进行研究,介绍了可调谐激光器的调谐方式,并对可调谐激光器的每种调谐方式的优缺点进行分析;3)研究了电流调谐半导体激光器的工作原理,分析了电流调谐半导体激光器过程中的注入电流与光子之间转换关系的速率方程,并求解了该速率方程的稳态解;分析了激光测距系统激光光源的线宽特性,介绍了激光器线宽的测量方法以及每种测量方法的优缺点;4)对线性调频激光测距系统发射信号与回波信号的拍频信号的时域特性以及频域特性进行了分析,并分析了线性调频激光测距系统距离分辨率的影响因素;5)根据线性调频激光测距理论搭建了一套全光纤线性调频激光测距系统,对线性调频激光测距的各项参数进行了实验研究,获得了测距精度与目标距离、调频带宽以及调频速度的关系。
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