一种太赫兹带宽的调频连续波激光测距装置

1.一种太赫兹带宽的调频连续波激光测距装置，其特征在于，包括种子光系统、循环移频系统、循环扫频系统、时序控制系统、发射/探测系统；所述种子光系统用于产生持续时间为 t 0 、周期为 T 的方波脉冲光作为循环移频系统的输入光，起始频率为 f 0 ；所述循环移频系统用于将方波脉冲光生成首尾相连且脉冲间频率阶梯式变化的准连续光信号；所述循环扫频系统将循环移频系统生成的N+1段频率阶梯式变化的准连续光信号的每个脉冲的频率连续调谐至下一个脉冲的起始频率，实现准连续光在频域上的连续变化；所述时序控制系统用于将种子光的持续时间 t 0 、循环扫频一圈所需时间和循环扫频周期相等，即通过同源触发信号发生器，对光开关调制信号和循环扫频调制信号的起始时间进行同步，使得每个光脉冲能够从起始时间开始扫频，最终生成在时域上和频域上都是连续的线性调频光信号，实现多段调频连续光的拼接实现太赫兹带宽的调频连续波功能；所述发射/探测系统用于发射循环扫频探测光束和接收回波光束，本振光与回波信号相干混频，经平衡探测器、信号放大器、混频器、低通滤波器后进入信息处理系统，得到中频频谱来计算目标物的距离；所述循环移频系统包括同步触发器（3）、第一2×2光纤耦合器（4）、第一电光调制器（5）、第一EDFA放大器（9）和带通滤波器（10）、任意波形发生器（6）、第一射频开关（7）、第一微波放大器（8）；所述第一2×2光纤耦合器（4）的输入端口连接光开关（2）的输出端口，输出端口与第一电光调制器（5）的光信号输入端口相连，任意波形发生器（6）输出的固定频率的微波与第一射频开关（7）输入端口连接，第一射频开关（7）的输出端口与第一微波放大器（8）的输入端口连接，第一微波放大器（8）的输出端口连接第一电光调制器（5）的微波信号输入端口，第一电光调制器（5）的光信号输出端口与第一EDFA放大器（9）的输入端口连接，第一EDFA放大器（9）的输出端口与带通滤波器（10）的输入端口连接，带通滤波器（10）的输出端口作为输入与第一2×2光纤耦合器（4）连接；任意波形发生器（6）和第一微波放大器（8）用于产生固定频率的射频信号，射频信号的值即为每段循环移频的频率间隔；第一EDFA放大器（9）补偿循环移频环路中光强的损耗；通过设置带通滤波器（10）的中心频率和通带带宽，控制循环移频的圈数和最大移频的大小；所述循环扫频系统包括第二电光调制器（11）、任意波形发生器（6）、第二射频开关（12）、第二微波放大器（13）、同步触发器（3）；第一2×2光纤耦合器（4）的输出端与第二电光调制器（11）的光信号输入端口相连，任意波形发生器（6）的波形输出端口与第二射频开关（12）连接后与第二微波放大器（13）的输入端口相连，第二微波放大器（13）的输出端口连接第二电光调制器（11）的微波信号输入端口。 2.如权利要求1所述的太赫兹带宽的调频连续波激光测距装置，其特征在于，所述种子光系统包括窄线宽单频光纤激光器（1）、光开关（2）、同步触发器（3）；窄线宽单频光纤激光器（1）与光开关（2）连接，光路时序控制由同步触发器（3）控制。 3.如权利要求2所述的太赫兹带宽的调频连续波激光测距装置，其特征在于，所述时序控制系统包括同步触发器（3）、光开关（2）、第一射频开关（7）和第二射频开关（12）；同步触发器（3）的电信号输出端口分别与光开关（2）、第一射频开关（7）、第二射频开关（12）的电输入端口相连；信号光在循环移频环路中的每一次作用时间、第一射频开关时间和第二射频开关时间都等于方波脉冲的持续时间t 0 。 4.如权利要求3所述的太赫兹带宽的调频连续波激光测距装置，其特征在于，所述发射/探测系统包括1×2光纤分束器（14）、第二EDFA放大器 （15）、环形器（16）、发射/接收光学望远镜（17）、目标物（18）、第二2×2光纤耦合器（19）、平衡光电探测器（20）、信号放大器（21）、混频器（22）、低通滤波器（23）、信息采集与处理系统（24）；第二电光调制器（11）的光信号输出端口与1×2光纤分束器（14）的输入端口连接，1×2光纤分束器（14）分束后形成两路输出光，其中一路作为本振光，另一路作为探测光，其中本振光与第二2×2光纤耦合器（19）的输入端口连接，探测光与第二EDFA放大器（15）的输入端口连接，第二EDFA放大器（15）的输出端口与环形器（16）的第一端口连接，环形器（16）的第二端口与发射/接收光学望远镜（17）的输入端口连接后发射到空间中对目标物（18）进行探测，由目标物（18）反射后的光由发射/接收光学望远镜（17）进行接收，接收后的光信号经环形器（16）的第三端口输出后与第二2×2光纤耦合器（19）的输入端口连接，第二2×2光纤耦合器（19）的输出端口连接平衡光电探测器（20）输入端口，平衡光电探测器（20）的输出端口依次连接信号放大器（21）、混频器（22）和低通滤波器（23）后最终与信息采集与处理系统（24）相连。 5.如权利要求4所述的太赫兹带宽的调频连续波激光测距装置，其特征在于，所述窄线宽单频光纤激光器（1）发出的激光为连续光，波长中心在1550 nm且激光线宽小于10 kHz。 6.如权利要求5所述的太赫兹带宽的调频连续波激光测距装置，其特征在于，所述循环移频系统中，第一电光调制器(5)为IQ调制器，任意波形发生器（6）和第一微波放大器（8）用于产生固定频率的射频信号，作为第一电光调制器（5）的驱动信号，时序由同步触发器（3）控制；任意波形发生器（6）的微波信号大于10 GHz；第一EDFA放大器（9）选用掺饵光纤放大器，用于对经第一电光调制器（5）移频后的弱的移频光信号进行光-光放大并补偿光在循环移频环路中的损耗；带通滤波器（10）为可调谐滤波器。 7.如权利要求6所述的太赫兹带宽的调频连续波激光测距装置，其特征在于，所述循环扫频系统中，循环移频光脉冲序列作为循环扫频系统的输入光，所述第二电光调制器（11）为IQ调制器，第二电光调制器（11）用于对经循环移频后的的N+1段移频光分别进行线性调频，实现对N+1段载波抑制下的单边带调制；任意波形发生器（6）和第二微波放大器（13）用于产生两路正交的射频信号，作为第二电光调制器（11）的驱动信号，任意波形发生器（6）产生的波形为锯齿波或三角波。 8.如权利要求7所述的太赫兹带宽的调频连续波激光测距装置，其特征在于，所述时序控制系统中，同步触发器（3）用于实现对整个光路系统、循环移频系统和循环扫频系统的时序控制和同步；第一2×2光纤耦合器（4）用于方波脉冲种子光的输入作为循环移频的起点，其输出端作为循环移频的输出；1×2光纤分束器（14）的功分比为90:10，其中90%部分作为探测光，10%部分作为本振光；所述第二2×2光纤耦合器（19）对本振光和探测光的回波信号耦合后输出；所述第一电光调制器（5）、第二电光调制器（11）和任意波形发生器（6）的带宽均大于10GHz，所述平衡光电探测器（20）的带宽大于1 GHz。