3.4.1　非共线式强度互相关提取脉冲飞行时间

在第一台飞秒激光器诞生不久的1981年，正在美国南加州大学访问的天津大学王清月教授就首次展示了飞秒激光绝对测距研究，采用的脉冲飞行时间提取的原理就基于光学互相关技术[19]。其测量实验装置如图‎3-11所示。利用一台脉冲宽度为120 fs、重复频率为250 MHz的被动锁模的染料激光器作为测距光源，其峰值功率为300 W，中心波长为600 nm。测距仪采用了迈克耳孙干涉仪的结构，参考臂为自由空间光路，以角反射器为端镜，测量光路基于一段多模光纤和一个平面反射镜，平面反射镜与光纤端面靠得很近，光纤端面的菲涅耳反射、平面反射镜的反射光与参考臂的反射脉冲以非共线的方式聚焦到一块用于非线性和频产生（Sum Frequency Generation，SFG）的磷酸二氢钾（KDP）晶体，产生的300 nm的紫外和频信号由光电探测器接收。图3-12给出了测量得到的脉宽为0.42 ps和0.5 ps的两条强度互相关信号曲线，分别对应于平面反射镜和测量臂的光纤端面的回波，其中，幅值较低的是光纤端面的反射信号。通过提取两个互相关信号峰值的飞行时间差，得到光纤端面与平面反射镜的间距约为200 μm。测量的分辨力约为15 μm，由光纤传输后展宽的脉宽决定。如果待测光路为自由空间，测量分辨力能够进一步提升。

图3-11　非共线式强度互相关测距装置[19]

图‎3-12　测量臂的光纤端面和平面镜反射的强度互相关信号曲线‎[19]