微諧振器為基礎(chǔ)的光學(xué)頻率梳可以實(shí)現(xiàn)高精度光學(xué)測(cè)距，測(cè)量速度能達(dá)到每秒1億次，這一研究成果已經(jīng)發(fā)表在《科學(xué)（Science）》雜志，來(lái)自卡爾斯魯厄科學(xué)技術(shù)研究所(KIT)和洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）的科學(xué)家實(shí)現(xiàn)了這一研究成果，實(shí)驗(yàn)所獲得的測(cè)距速度是目前研究領(lǐng)域的最高值。研究人員演示了一種微米精度的子彈剖面飛行取樣。實(shí)驗(yàn)依賴(lài)于在基于芯片的光學(xué)微諧振器由氮化硅產(chǎn)生孤子頻率梳。潛在的應(yīng)用包括基于高精度和緊湊的激光雷達(dá)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)三維攝像機(jī)。
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幾十年來(lái)，激光測(cè)距技術(shù)，也被稱(chēng)為激光雷達(dá)（基于激光的光探測(cè)和測(cè)距），已經(jīng)成為公認(rèn)的方法。今天，光學(xué)測(cè)距方法正在應(yīng)用于各種新興應(yīng)用中，如導(dǎo)航自主對(duì)象，如無(wú)人駕駛飛機(jī)或衛(wèi)星，或在智能工廠的過(guò)程控制。這些應(yīng)用程序?qū)�測(cè)量速度和精度以及光學(xué)測(cè)距系統(tǒng)的尺寸都有非常嚴(yán)格的要求。 ]8~{C>ch$  
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來(lái)自卡爾斯魯厄科學(xué)技術(shù)研究所的Christian Koos教授領(lǐng)導(dǎo)研究小組和來(lái)自洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的Tobias Kippenberg教授的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開(kāi)始合作應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，針對(duì)超快速、高精度的激光雷達(dá)系統(tǒng)小型化研究。這個(gè)概念的基礎(chǔ)研究現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。 A^3M~  
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為了證明這種方法的可行性，科學(xué)家們利用飛行的子彈進(jìn)行驗(yàn)證，子彈的飛行速度約為150米/秒，“我們?cè)O(shè)法對(duì)飛行的子彈的表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行取樣，并實(shí)現(xiàn)微米的精度”，Koos教授說(shuō)道，“為此，我們每一秒會(huì)記錄1億次距離值，這是到目前為止所記錄的最快距離測(cè)量。” ):5M +  
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這次演示是由一個(gè)瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院開(kāi)發(fā)的新的芯片級(jí)光源輔助進(jìn)行的，并由此產(chǎn)生光學(xué)頻率梳。光學(xué)頻率梳是在光學(xué)微腔中產(chǎn)生的，是一個(gè)小小的圓形結(jié)構(gòu)，這是從激光源產(chǎn)生的連續(xù)光波。在非線性光學(xué)過(guò)程的作用下，激光被轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的光脈沖，并產(chǎn)生耗散克爾孤子，形成具有寬帶光譜的規(guī)則脈沖序列。 u301xc,N<z  
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這一創(chuàng)意實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵依賴(lài)于具有超低損耗高品質(zhì)的氮化硅微諧振器，這種諧振器是在瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的微型納米研究中心制作而成。“我們已經(jīng)開(kāi)發(fā)了低損耗的光學(xué)諧振腔，在這極高光的強(qiáng)度可以產(chǎn)生，這是孤子頻率梳的前提，”Tobias Kippenberg說(shuō)，他是理工學(xué)院的教授，“相比前一年，這些所謂的克爾頻率梳會(huì)迅速找到自己的方式進(jìn)入新的應(yīng)用領(lǐng)域�！� KP*cb6vA  
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在他們的演示中，研究人員將不同領(lǐng)域的研究結(jié)果結(jié)合起來(lái)。“在過(guò)去的幾年中，我們已經(jīng)使用芯片規(guī)模的頻率梳源進(jìn)行了廣泛的超快通信研究，”Christian Koos解釋說(shuō)�！拔覀儸F(xiàn)在將這些結(jié)果轉(zhuǎn)移到另一個(gè)研究領(lǐng)域——光學(xué)距離測(cè)量中�！�2017年，這兩個(gè)小組已經(jīng)發(fā)表了一篇聯(lián)合性質(zhì)的文章，報(bào)告了光通信中芯片級(jí)孤子梳狀源的潛力。原則上，頻率梳會(huì)包含擁有眾多的精確定義的波長(zhǎng)，其中光的頻率光譜就像梳子的齒一樣�！� |9*8u>|RC  
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如果已知這種梳狀結(jié)構(gòu)，則可以利用由第二頻率梳疊加而產(chǎn)生的推斷模式來(lái)確定光所經(jīng)過(guò)的距離。頻率梳越寬，測(cè)量精度越高。在他們的實(shí)驗(yàn)中，研究人員使用了兩個(gè)光學(xué)微芯片來(lái)產(chǎn)生一對(duì)幾乎相同的頻率梳。 X:kqX[\>  
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科學(xué)家們認(rèn)為他們的實(shí)驗(yàn)是對(duì)這種新型測(cè)量技術(shù)的首次演示。雖然在測(cè)距實(shí)驗(yàn)中所表現(xiàn)出的精度和速度的結(jié)合是一個(gè)重要的里程碑，但研究人員的目的是進(jìn)一步開(kāi)展工作，消除技術(shù)應(yīng)用中的其他障礙。例如，該方法的范圍仍然限于不到1米的典型距離。 g*-%.fNA  
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此外，今天的標(biāo)準(zhǔn)處理器不允許對(duì)測(cè)量產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估。未來(lái)的活動(dòng)將集中在一個(gè)緊湊的設(shè)計(jì)，使高精度測(cè)距而融入一個(gè)火柴盒大小的體積中。氮化硅微諧振器經(jīng)過(guò)瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院的研究已經(jīng)有了商業(yè)化的產(chǎn)品，用于專(zhuān)門(mén)的基于光子集成電路（PIC）。 *74VrAo  
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設(shè)想中的傳感器可以為各種各樣的應(yīng)用提供服務(wù)，例如，在數(shù)字工廠中對(duì)高精度機(jī)械部件進(jìn)行高通量在線控制，取代費(fèi)力的距離計(jì)量對(duì)微小樣本的檢查。此外，激光雷達(dá)的概念可能由此鋪平了道路，以高性能的3-D相機(jī)的微芯片格式，這可能會(huì)廣泛應(yīng)用于自主導(dǎo)航技術(shù)中。 aEvW<jHh  
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原文來(lái)源：https://phys.org/news/2018-02-optical-distance-record-high.html（實(shí)驗(yàn)幫譯）