随着航天遥感、大尺寸构件形面检测、先进智能制造等领域的快速发展，长量程、超高精度的绝对测距技术成为工程应用中的核心需求。近日，课题组在精密光学测距领域取得新进展，提出了一种融合飞行时间法（Time-of-Flight, TOF）与光频梳（Optical Frequency Comb, OFC）干涉的绝对测距系统，突破了传统测距方法中 “大量程” 与 “高精度” 难以兼顾的技术瓶颈。
针对传统飞行时间法精度受限（毫米级）、脉冲干涉法量程离散且存在相位模糊的行业痛点，该系统构建了 “粗测 - 精测” 两级融合的测距架构：由 TOF 激光测距模块快速获取毫米级粗距离，锁定光频梳脉冲干涉的整数级次；再基于迈克尔逊干涉结构，通过光频梳飞秒脉冲的干涉自相关信号实现纳米级精密度测量；最终结合粗测与精测结果，得到大范围、无模糊的高精度绝对距离。
实验与仿真结果表明，该系统在亚米级仿真场景下，基于 t 分布的极限误差可达 ±1.3 μm；在 50 米实测量程内，极限误差仅为 ±2 μm，成功实现了十米级测量场景下的微米级绝对测距精度。系统还可通过主动频率稳频、拓展 TOF 测量量程、全波形采样处理三种路径进一步优化性能，为更长距离、更高精度的测量需求提供了升级空间。
该研究将大射程的飞行时间测距与高精度的光频梳干涉测量优势互补，为长距离超高精度绝对测距提供了全新的技术方案，在卫星状态监测、大型光学设备装调、高端工业制造检测等领域具有广阔的应用前景。
研究成果以 A Ranging System Integrating Time‐of‐Flight Approach With Optical‐Frequency‐Comb Interferometry for Ultra‐Precise Long‐Distance Measurements 为题发表于光学期刊《Nanophotonics》上。该项目获得了国家自然科学基金、国家重点研发计划、上海市科委基金、上海市东方学者计划等项目的支持。
