文献1中,采用光学频率梳(optical frequency comb)和相变材料(phase change material, 以下简称PCM)这两个核心技术,实现了并行的光学张量核(photonic (图片来自文献1) 基于氮化硅微环波导的克尔效应,产生了孤子频率梳。每个波长的强度可以通过VOA单独调节,这样实现了对输入矢量的编码。 文献2中采用了类似的光学频率梳,但是不同波长携带的信号对应于Kernel矩阵。 (图片来自文献2) 采用10个3x3的Kernel矩阵,因此对应90个波长。波长间隔为48.9GHz,每个波长的强度通过wave shaper进行调节。 并且都采用了相似的光学频率梳,区别在于是一个用作输入信号的编码,一个用于Kernel矩阵元的编码。
传统光学检测在深径比、精度等方面的局限日益凸显,而激光频率梳 3D 轮廓检测技术凭借飞秒激光的相干特性,为深凹槽光学检测带来革命性突破,成为当前研究热点。 然而,其测量速度受限于波长扫描频率(约 100Hz),检测 100mm 深凹槽需 10 秒以上,且对凹槽壁倾斜角度敏感,超过 30° 时精度显著下降。 激光频率梳 3D 轮廓检测技术研究现状技术原理与系统架构激光频率梳作为飞秒激光锁模技术的产物,其光谱呈现等间隔梳状频率分布,通过光频梳的飞秒脉冲干涉测距原理,可实现深凹槽内壁各点的绝对距离测量。 激光频率梳3D光学轮廓测量系统简介:20世纪80年代,飞秒锁模激光器取得重要进展。 2000年左右,美国J.Hall教授团队凭借自参考f-2f技术,成功实现载波包络相位稳定的钛宝石锁模激光器,标志着飞秒光学频率梳正式诞生。
摘要本文聚焦深孔光学检测技术,详细阐述激光频率梳 3D 轮廓测量技术。 在此背景下,光学检测技术尤其是激光频率梳 3D 轮廓测量技术应运而生,为深孔检测提供了新途径。 引入激光频率梳 3D 轮廓测量技术后,孔深测量精度达 ±10μm ,废品率大幅降至 3% ,显著提升了产品质量与生产效率 。 激光频率梳3D光学轮廓测量系统简介:20世纪80年代,飞秒锁模激光器取得重要进展。 2000年左右,美国J.Hall教授团队凭借自参考f-2f技术,成功实现载波包络相位稳定的钛宝石锁模激光器,标志着飞秒光学频率梳正式诞生。
传统光学检测在深径比、精度等方面的局限日益凸显,而激光频率梳 3D 轮廓检测技术凭借飞秒激光的相干特性,为深孔光学检测带来革命性突破,成为当前研究热点。 然而,其测量速度受限于波长扫描频率(约 100Hz),检测 100mm 深孔需 10 秒以上,且对孔壁倾斜角度敏感,超过 30° 时精度显著下降。 激光频率梳 3D 轮廓检测技术研究现状技术原理与系统架构激光频率梳作为飞秒激光锁模技术的产物,其光谱呈现等间隔梳状频率分布,通过光频梳的飞秒脉冲干涉测距原理,可实现深孔内壁各点的绝对距离测量。 激光频率梳3D光学轮廓测量系统简介:20世纪80年代,飞秒锁模激光器取得重要进展。 2000年左右,美国J.Hall教授团队凭借自参考f-2f技术,成功实现载波包络相位稳定的钛宝石锁模激光器,标志着飞秒光学频率梳正式诞生。
深孔加工面临排屑、散热等挑战,而光学检测技术的发展为深孔加工精度控制提供了新途径。激光频率梳 3D 轮廓检测技术与立式数控深孔钻工艺的结合,实现了深孔加工与检测的一体化创新。 激光频率梳 3D 轮廓检测方法检测系统集成设计适配立式数控深孔钻的集成检测系统,包括直径 2mm 的光纤探头、1550nm 光频梳激光模块(重复频率 800MHz)、MEMS 振镜(扫描角度 ±30°) 激光频率梳3D光学轮廓测量系统简介:20世纪80年代,飞秒锁模激光器取得重要进展。 2000年左右,美国J.Hall教授团队凭借自参考f-2f技术,成功实现载波包络相位稳定的钛宝石锁模激光器,标志着飞秒光学频率梳正式诞生。 系统基于激光频率梳原理,采用500kHz高频激光脉冲飞行测距技术,打破传统光学遮挡限制,专为深孔、凹槽等复杂大型结构件测量而生。在1m超长工作距离下,仍能保持微米级精度,革新自动化检测技术。
二、检测原理与系统适配设计(一)核心检测原理基于激光频率梳 “等间隔频率梳齿” 的光频标尺特性,将孔深测量转化为光程差的精准解析。 (二)专用系统构建系统选用中心波长 1550nm 飞秒激光频率梳(重复频率 150MHz),搭配直径 2.5mm 的微型光纤探头,可伸入直径≥0.6mm 的燃料喷射孔。 激光频率梳3D光学轮廓测量系统简介:20世纪80年代,飞秒锁模激光器取得重要进展。 2000年左右,美国J.Hall教授团队凭借自参考f-2f技术,成功实现载波包络相位稳定的钛宝石锁模激光器,标志着飞秒光学频率梳正式诞生。 系统基于激光频率梳原理,采用500kHz高频激光脉冲飞行测距技术,打破传统光学遮挡限制,专为深孔、凹槽等复杂大型结构件测量而生。在1m超长工作距离下,仍能保持微米级精度,革新自动化检测技术。
2005 年,基于飞秒锁模技术发展的激光频率梳技术正式跻身光学度量领域,凭借 “光频标尺” 特性实现了度量精度与场景适应性的双重突破,成为继白光干涉后的革命性技术。 三、相比白光干涉技术的核心优势(一)测量精度实现数量级跨越白光干涉技术的高度测量分辨率通常为 10nm,而激光频率梳结合莫尔条纹相位细分技术,可实现 0.1nm 量级精度。 激光频率梳3D光学轮廓测量系统简介:20世纪80年代,飞秒锁模激光器取得重要进展。 2000年左右,美国J.Hall教授团队凭借自参考f-2f技术,成功实现载波包络相位稳定的钛宝石锁模激光器,标志着飞秒光学频率梳正式诞生。 系统基于激光频率梳原理,采用500kHz高频激光脉冲飞行测距技术,打破传统光学遮挡限制,专为深孔、凹槽等复杂大型结构件测量而生。在1m超长工作距离下,仍能保持微米级精度,革新自动化检测技术。
2005 年,激光频率梳作为一种全新的光学度量技术应运而生,为高精度光学测量开辟了新路径,在时间和频率测量等领域展现出独特优势。 通过精确控制激光的参数,如重复频率和载波包络偏移频率,可实现频率梳的稳定输出。(二)光学度量的实现机制在光学度量中,激光频率梳的频率梳齿可作为高精度的频率基准。 当测量光与参考光发生干涉时,通过对干涉信号的分析,结合频率梳的频率信息,可实现对光程、波长等光学量的精确测量。 四、激光频率梳技术的优势(一)超高测量精度激光频率梳的频率梳齿间隔精度可达极高水平,使得光学量的测量精度大幅提升。在时间测量上,可实现飞秒级的精度,在频率测量中,精度也远超白光干涉技术。 激光频率梳3D光学轮廓测量系统简介:20世纪80年代,飞秒锁模激光器取得重要进展。
一、传统光学扫描在深孔测量中的困局在航空航天、模具制造等高端领域,深孔结构件的精准测量至关重要。然而,传统光学扫描技术在面对 130mm 及以上深度的深孔时,暴露出严重局限性。 受光线直射传播特性制约,当深径比超过 10:1,孔壁中下部形成大量测量盲区,数据缺失率高达 40% 。 二、激光频率梳技术的测量原理革新2.1 频率梳干涉测量核心机制激光频率梳技术基于飞秒激光器,产生一系列等间距的光学频率梳齿,形成宽光谱相干光源。 四、新范式的应用优势在 130mm 深、8mm 直径标准深孔测试中,激光频率梳技术连续 20 次测量轮廓偏差均小于 2μm,重复精度达 2μm,全孔数据覆盖率 100%,彻底解决传统测量的遮挡与精度问题 新启航半导体,专业提供综合光学3D测量解决方案!
光学深孔测量探究 —— 激光频率梳 3D 轮廓测量测量系统构成激光频率梳 3D 轮廓测量系统由飞秒激光光源(重复频率 100MHz - 1GHz)、光纤分光模块、精密二维扫描振镜及光谱采集单元组成。 (稳定度≤1×10⁻⁸)并进行软件补偿。 激光频率梳3D光学轮廓测量系统简介:20世纪80年代,飞秒锁模激光器取得重要进展。 2000年左右,美国J.Hall教授团队凭借自参考f-2f技术,成功实现载波包络相位稳定的钛宝石锁模激光器,标志着飞秒光学频率梳正式诞生。 系统基于激光频率梳原理,采用500kHz高频激光脉冲飞行测距技术,打破传统光学遮挡限制,专为深孔、凹槽等复杂大型结构件测量而生。在1m超长工作距离下,仍能保持微米级精度,革新自动化检测技术。
二、工作原理(一)激光频率梳的时频转换机制激光频率梳输出一系列等间隔的光学频率梳齿,通过飞秒脉冲的时域相干特性,将时间测量转化为频率测量。 三、技术优点(一)超高测量分辨率激光频率梳的飞秒脉冲时间分辨率可达 10⁻¹⁵秒量级,对应光程分辨率约 0.15μm。 (三)对被测表面特性敏感当被测表面为强散射(如磨砂金属)或高反光(如镜面)材质时,激光频率梳的干涉信号对比度会显著下降(强散射表面使对比度 <10%),莫尔条纹的相位解算误差增大。 五、结论(格式示例,实际需完整撰写)激光频率梳3D光学轮廓测量系统简介:20世纪80年代,飞秒锁模激光器取得重要进展。 2000年左右,美国J.Hall教授团队凭借自参考f-2f技术,成功实现载波包络相位稳定的钛宝石锁模激光器,标志着飞秒光学频率梳正式诞生。
关键词:激光频率梳技术;深孔测量;光学遮挡;高精度一、引言在航空航天、汽车制造、能源等诸多高端制造业中,深孔加工及后续精确测量至关重要。 三、激光频率梳技术原理及突破激光频率梳技术基于飞秒激光锁模技术发展而来。 2.5 分钟,重复测量 10 次的标准偏差为 ±8μm,成功检测出孔壁中部 0.03mm 的局部凸起,而传统方法未能识别该缺陷。 激光频率梳3D光学轮廓测量系统简介:20世纪80年代,飞秒锁模激光器取得重要进展。 2000年左右,美国J.Hall教授团队凭借自参考f-2f技术,成功实现载波包络相位稳定的钛宝石锁模激光器,标志着飞秒光学频率梳正式诞生。
三、测量系统设计与构成3.1 光学系统采用光纤耦合的飞秒激光频率梳作为光源,重复频率稳定在 100MHz 量级,脉冲宽度小于 100fs。 采用激光频率梳测量方法,单次扫描时间 2.5 分钟,重复测量 10 次的标准偏差为 ±8μm,成功检测出孔壁中部 0.03mm 的局部凸起,而传统方法未能识别该缺陷。 激光频率梳3D光学轮廓测量系统简介:20世纪80年代,飞秒锁模激光器取得重要进展。 2000年左右,美国J.Hall教授团队凭借自参考f-2f技术,成功实现载波包络相位稳定的钛宝石锁模激光器,标志着飞秒光学频率梳正式诞生。 系统基于激光频率梳原理,采用500kHz高频激光脉冲飞行测距技术,打破传统光学遮挡限制,专为深孔、凹槽等复杂大型结构件测量而生。在1m超长工作距离下,仍能保持微米级精度,革新自动化检测技术。
三、新启航激光频率梳测量技术原理与系统架构3.1 核心测量原理新启航激光频率梳技术基于飞秒激光锁模技术,生成频率间隔为 Δf 的稳定光频梳(频率梳齿间隔精度达 10⁻¹⁵量级)。 3.2 系统关键组件高稳飞秒激光频率梳光源:采用全保偏光纤锁模技术,输出脉冲宽度 < 50fs,重复频率稳定性≤10⁻⁹,确保频率梳齿的长期相位相干性。 激光频率梳3D光学轮廓测量系统简介:20世纪80年代,飞秒锁模激光器取得重要进展。 2000年左右,美国J.Hall教授团队凭借自参考f-2f技术,成功实现载波包络相位稳定的钛宝石锁模激光器,标志着飞秒光学频率梳正式诞生。 系统基于激光频率梳原理,采用500kHz高频激光脉冲飞行测距技术,打破传统光学遮挡限制,专为深孔、凹槽等复杂大型结构件测量而生。在1m超长工作距离下,仍能保持微米级精度,革新自动化检测技术。
四、激光频率梳 3D 轮廓测量系统设计与构成4.1 光学系统采用飞秒激光频率梳作为光源,重复频率稳定在 100MHz 量级,脉冲宽度小于 100fs。 采用激光频率梳测量方法,单次扫描时间 5 分钟,重复测量 10 次的标准偏差为 ±10μm,成功检测出孔壁局部 0.03mm 的尺寸偏差,指导加工调整后,发动机性能提升 8%。 激光频率梳3D光学轮廓测量系统简介:20世纪80年代,飞秒锁模激光器取得重要进展。 2000年左右,美国J.Hall教授团队凭借自参考f-2f技术,成功实现载波包络相位稳定的钛宝石锁模激光器,标志着飞秒光学频率梳正式诞生。 系统基于激光频率梳原理,采用500kHz高频激光脉冲飞行测距技术,打破传统光学遮挡限制,专为深孔、凹槽等复杂大型结构件测量而生。在1m超长工作距离下,仍能保持微米级精度,革新自动化检测技术。
二、检测系统构成与原理(一)系统硬件架构检测系统主要由飞秒激光频率梳光源、光学扫描模块、高精度三维运动平台及数据采集系统组成。 飞秒激光频率梳可产生重复频率为 MHz 级的脉冲序列,光谱范围覆盖近红外至可见光波段;光学扫描模块采用振镜式扫描结构,配合长焦深光学系统,实现深凹槽内部的光路传导;三维运动平台定位精度达 ±1μm,确保扫描轨迹的精确控制 利用频率梳的相干性,可将时间测量精度提升至飞秒量级,对应距离测量精度达纳米级。扫描过程中,三维运动平台带动光学探头沿预设轨迹移动,逐点构建内轮廓三维点云。 激光频率梳3D光学轮廓测量系统简介:20世纪80年代,飞秒锁模激光器取得重要进展。 2000年左右,美国J.Hall教授团队凭借自参考f-2f技术,成功实现载波包络相位稳定的钛宝石锁模激光器,标志着飞秒光学频率梳正式诞生。
关键部件或将光学时钟送入太空 近日,在美国光学学会颇具影响力的学术研究期刊Optica上,研究人员公布了一种紧凑型自动激光频率梳系统。 它是光学时钟的一个重要组成部分,因为它们像齿轮一样,将光学时钟较快地振荡分解成较低的频率,并连接到一个基于微波的参考原子钟。换言之,频率梳可以精确地测量光学震荡并用于获得时间。 不论哪种光学时钟,都需要在超高真空环境下,采用激光冷却技术对离子或原子进行减速、冷却,并最终实现磁光阱“囚禁”,随后采用离子阱或光晶格技术实现对离子或原子进行“长期囚禁”,并用激光器对其进行锁定,最终采用飞秒光梳技术实现光学频率和微波频率的相干链接 中国计量科学研究院时间频率计量研究所所长方占军在接受《中国科学报》记者采访时解释道:“飞秒激光光学频率梳是光钟研究的关键技术之一,它实现了光学频率和微波频率以及不同光学频率之间的相干链接,使得原来极其复杂艰巨的绝对光学频率测量工作变得相对简单 不过,在光学时钟的研究过程中,科研人员不仅需要解决飞秒光梳技术难题,还需要解决原子操控、精密激光频率控制、超高真空、精密恒温隔振等关键技术。
偏心量计算方法采用 “双基准轴线拟合” 算法:首先通过激光频率梳扫描深孔入口段(0-10mm)获取基准轴线,再对深孔全段进行螺旋扫描(轴向速度 0.5mm/s,点云密度 500 点 /mm),通过最小二乘法拟合孔壁点云得到实际轴线 复合检测精度验证对某航空发动机喷嘴深孔(φ1.5mm×45mm,偏心量要求≤10μm)进行检测,检具测量值与激光频率梳检测值的偏差≤3μm,与扫描电镜(SEM)测量结果吻合度 98.5%。 激光频率梳3D光学轮廓测量系统简介:20世纪80年代,飞秒锁模激光器取得重要进展。 2000年左右,美国J.Hall教授团队凭借自参考f-2f技术,成功实现载波包络相位稳定的钛宝石锁模激光器,标志着飞秒光学频率梳正式诞生。 系统基于激光频率梳原理,采用500kHz高频激光脉冲飞行测距技术,打破传统光学遮挡限制,专为深孔、凹槽等复杂大型结构件测量而生。在1m超长工作距离下,仍能保持微米级精度,革新自动化检测技术。
基于激光频率梳 3D 轮廓检测的方法检测原理利用激光频率梳飞秒脉冲干涉测距原理,对深孔内壁扫描。 误差抑制措施温度传感器实时监测装置温度,变化超 ±0.5℃时自动补偿激光频率梳频率(稳定度≤1×10⁻⁸);惯性测量单元监测振动,通过相位补偿算法修正振动误差(≤±0.5μm);深孔底部信号衰减时,光纤探针阵列 激光频率梳3D光学轮廓测量系统简介:20世纪80年代,飞秒锁模激光器取得重要进展。 2000年左右,美国J.Hall教授团队凭借自参考f-2f技术,成功实现载波包络相位稳定的钛宝石锁模激光器,标志着飞秒光学频率梳正式诞生。 系统基于激光频率梳原理,采用500kHz高频激光脉冲飞行测距技术,打破传统光学遮挡限制,专为深孔、凹槽等复杂大型结构件测量而生。在1m超长工作距离下,仍能保持微米级精度,革新自动化检测技术。
利用激光频率梳的飞秒脉冲对干涉条纹进行时间戳标记(精度 10ps),实现干涉相位的绝对时空定位。 三、技术优势(一)纳米级平面度测量精度在 100mm×100mm 光学平晶测量中,频率梳光程基准使平面度测量不确定度达 ±0.2μm,分辨率达 0.05μm/m。 在汽车模具平面度检测中,需压缩点云密度至 10 点 /mm²,导致平面度测量精度下降至 ±0.8μm。激光频率梳3D光学轮廓测量系统简介:20世纪80年代,飞秒锁模激光器取得重要进展。 2000年左右,美国J.Hall教授团队凭借自参考f-2f技术,成功实现载波包络相位稳定的钛宝石锁模激光器,标志着飞秒光学频率梳正式诞生。 系统基于激光频率梳原理,采用500kHz高频激光脉冲飞行测距技术,打破传统光学遮挡限制,专为深孔、凹槽等复杂大型结构件测量而生。在1m超长工作距离下,仍能保持微米级精度,革新自动化检测技术。