周波数コーム解像度を用いた長距離測定

紹介

精密距離測定は工業計量、測定、自主ナビゲーション、ロボットとリモートセンシングなど多くの分野で重要な役割を果たしている。物体を正確に位置決めし、マッピングし、距離のわずかな変化を検出し、動的環境を高精度に監視することができます。

精密測距には、レーザに基づく技術、例えば飛行時間（ToF）測定、干渉測定及び周波数変調連続波（FMCW）レーダ（光検出及び測距）を含む様々な方法が用いられる。これらの方法は光波または電磁波の原理を利用して、伝播時間または位相シフトの測定に基づいて距離を決定する。

デュアルコームレーザレーダ

デュアルコームレーザレーダは、飛行時間（ToF）と干渉測定の原理を結合するとともに、周波数変調連続波（FMCW）レーザレーダのコヒーレント信号増幅技術を参考にした最先端のセンシング技術である。この革新的な方法はこれらの技術の利点を融合し、高精度で迅速な絶対距離測定を実現することができる。

従来のレーザレーダシステムは、通常、飛行時間法または干渉測定法によって距離測定を行う。飛行時間法はレーザパルスが目標物体を往復するのに必要な時間を測定し、干渉測定法則はレーザビームの干渉パターンを分析する。しかし、この2つの方法は測定精度、速度、または範囲に限界がある。

二重光コームレーザレーダは、2つの繰り返し周波数がわずかに異なる周波数コームを使用することにより、これらの限界を克服した。放射された光が対象物体と相互作用すると、一部の光が反射されて戻ってくる。また、一部の光はリファレンスミラーで反射されます。1つの周波数コムがターゲットと参照ミラーで反射した光と別の周波数コムの光と干渉し、発生した干渉マップ間の遅延を測定することで、正確な距離測定結果を得ることができる。

デュアルコームレーザレーダの重要な決定要因には、パルス帯域幅、繰り返し周波数、繰り返し周波数差が含まれる。カーソル効果（すなわち、同じ測定中に局所発振器とサンプリング発振器の役割を交換する）を利用することにより、デュアルコームレーザレーダは非常に長いファジィフリー測定範囲を実現することができる。この範囲は数百キロまで延びることができ、実用的な需要のほとんどを超えています。同時に、このシステムは、パルス持続時間（典型的にはサブピコ秒の範囲内）とデータ収集速度によって決定されるミクロンレベルの精度を維持することができる。また、デュアルコームレーザレーダは干渉信号を取得することができ、サブ波長レベルの測定精度を実現することができる。これらの総合的な特性は、デュアルコームレーザレーダを強力な技術にする。

デュアルコームレーザレーダにおける距離測定信号の概略図。距離測定は1/Δfₑₚ毎に繰り返した。目標パルスと基準パルスとの時間間隔は距離情報を符号化する。距離は飛行時間だけに基づいて決定することもできるし、光学位相を用いて距離測定を最適化することもできる。

シングルキャビティデュアルコームレーザに基づくデュアルコームレーザレーダ

デュアルコームレーザレーダシステムにおける単一空洞デュアルコームレーザの使用は、この技術の実用的な応用を推進する上で重要である。シングルキャビティ設計を採用することで、システムはよりコンパクトになり、さまざまなプラットフォームやデバイスに統合するのに理想的です。単一レーザ源を用いて複雑な同期ニーズを排除し、システムアーキテクチャ全体を簡略化した。

さらに、単一キャビティ二重光コームレーザ法は、製造上の拡張性を有する。設計が簡略化されたため、製造プロセスがより効率的になり、デュアルコームレーザレーダシステムの効率的で経済的な生産を実現することができる。このスケーラビリティは、この技術の広範な応用と商業化に特に重要である。

K 2 Photonics精密測距の利点

•スキャン速度が速い

シングルキャビティデュアルコームレーザは、100 kHzまでの高速な更新速度で高解像度測定を行うことができ、特殊な場合には1 MHzにも近づくことができます。

•精度が高い

デュアルコームレーザレーダは、時間延伸因子を用いた光学サンプリングにより、優れた測定精度を提供し、フェムト秒レベルの精度記録リターンパルスを確保する。また、光学位相情報の利用は測定の精度をさらに高め、正確で詳細な測距機能を実現した。

•小型
コンパクトな単一共振器二重光コームレーザ、特にGHz繰返し周波数以上で動作するレーザを用いて、コンパクトなレーダシステムを開発することができる。

•感度が高い

2光コームレーザレーダにおける局部振動のコヒーレント増幅は、戻り反射の高感度検出を得ることができる。さらに、モード同期固体レーザは、高周波で超低ノイズ（RINおよびタイミング）を有するレーザを生成し、高感度、ショットノイズ制限測定を実現する。