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物理学 > 光学

arXiv:2507.13206v1 (physics)
[提交于 2025年7月17日 ]

标题: 使用单频调制电光梳的平衡互相关进行快速精确的距离测量

标题: Rapid and precise distance measurement using balanced cross-correlation of a single frequency-modulated electro-optic comb

Authors:Zijian Wang, Zhuoren Wan, Jingwei Luo, Yuan Chen, Mei Yang, Qi Wen, Xiuxiu Zhang, Zhaoyang Wen, Shimei Chen, Ming Yan, Heping Zeng
摘要: 超快速、高精度的距离计量对于先进的科学研究和实际应用至关重要。 然而,当前的光探测和测距技术难以同时实现高测量速度、高精度和大的非模糊范围。 在此,我们提出了一种基于重复频率调制飞秒电光梳和平衡非线性交叉相关检测的飞行时间光学测距技术。 在此方法中,目标距离被确定为梳状结构重复周期的整数倍。 通过快速扫描梳状结构的重复频率,我们在500纳秒内实现了绝对距离测量,并在单脉冲分辨率下实现了实时位移跟踪(对应刷新率为172 MHz)。 此外,我们的系统达到了最终的测距精度为5纳米(积分时间为0.3秒)。 我们的方法独特地在一个平台上集成了纳米级精度、兆赫兹级别的刷新率以及理论上无限的模糊范围,同时还支持多目标检测。 这些进展为新兴应用中的高速、高精度测距系统铺平了道路,例如结构健康监测、工业制造和卫星编队飞行。
摘要: Ultra-rapid, high-precision distance metrology is critical for both advanced scientific research and practical applications. However, current light detection and ranging technologies struggle to simultaneously achieve high measurement speed, accuracy, and a large non-ambiguity range. Here, we present a time-of-flight optical ranging technique based on a repetition-frequency-modulated femtosecond electro-optic comb and balanced nonlinear cross-correlation detection. In this approach, a target distance is determined as an integer multiple of the comb repetition period. By rapidly sweeping the comb repetition frequency, we achieve absolute distance measurements within 500 ns and real-time displacement tracking at single-pulse resolution (corresponding to a refresh rate of 172 MHz). Furthermore, our system attains an ultimate ranging precision of 5 nm (with 0.3 s integration time). Our method uniquely integrates nanometer-scale precision, megahertz-level refresh rates, and a theoretically unlimited ambiguity range within a single platform, while also supporting multi-target detection. These advances pave the way for high-speed, high-precision ranging systems in emerging applications such as structural health monitoring, industrial manufacturing, and satellite formation flying.
评论: 16页,5图
主题: 光学 (physics.optics) ; 应用物理 (physics.app-ph)
引用方式: arXiv:2507.13206 [physics.optics]
  (或者 arXiv:2507.13206v1 [physics.optics] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.13206
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI(待注册)

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来自: Yan Ming [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2025 年 7 月 17 日 15:16:16 UTC (1,269 KB)
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