波导式偏振调制测距系统

高超; 纪荣祎; 高书苑; 董登峰; 周维虎

doi:10.37188/OPE.2021.0381

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波导式偏振调制测距系统

现代应用光学 | 更新时间：2026-09-12

- 波导式偏振调制测距系统
- Polarization modulation range-finding system based on waveguide phase modulator
- 光学精密工程 2022年30卷第3期页码：246-255
- 作者机构：
  
  1.中国科学院微电子研究所，北京 100094
  2.中国科学院大学，北京 100049
  3.常州大学机械与轨道交通学院，江苏常州 213164
- 作者简介：
  
  高　超（1983-），男，河北秦皇岛人，博士研究生，高级工程师，2002年于北京航空航天大学获得学士学位，2009年于中国航空研究院获得硕士学位，主要从事光电精密检测、光纤传感等方面的研究。E-mail：gaochao@ime.ac.cn
  周维虎（1962-），男，安徽无为人，博士，研究员，博士生导师，1983年、2000年于合肥工业大学分别获得学士、博士学位，现为中国科学院微电子研究所光电研发中心主任，主要从事光电检测、光电系统总体设计与集成测试、光电精密测量技术与仪器等方面的研究。E-mail：zhouweihu@ime.ac.cn
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划资助项目(2019YFB1310100;2017YFF0107300)
- DOI：10.37188/OPE.2021.0381
  中图分类号： O436.3;TH741.1
- 收稿：2021-06-25，
  
  修回：2021-07-29，
  
  纸质出版：2022-02-15
- 稿件说明：
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高超,纪荣祎,高书苑等.波导式偏振调制测距系统[J].光学精密工程,2022,30(03):246-255.

GAO Chao,JI Rongyi,GAO Shuyuan,et al.Polarization modulation range-finding system based on waveguide phase modulator[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(03):246-255.
高超,纪荣祎,高书苑等.波导式偏振调制测距系统[J].光学精密工程,2022,30(03):246-255. DOI： 10.37188/OPE.2021.0381.

GAO Chao,JI Rongyi,GAO Shuyuan,et al.Polarization modulation range-finding system based on waveguide phase modulator[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(03):246-255. DOI： 10.37188/OPE.2021.0381.

摘要

为消除体相位调制器工作过程中热效应对偏振调制测距精度的影响，提出了利用波导式相位调制器替代体相位调制器的全光纤波导式偏振调制测距方法。对波导式偏振调制测距系统进行原理分析，利用琼斯矩阵得出传输过程中测量光偏振态的变化规律，建立调制信号频率、偏振光强度与被测距离的函数关系。然后，进行了直波导相位调制器特性测试，验证其半波电压随调制频率在3.5~7 V之间变化，正反电光响应一致性为

2%~3%。最后，构建波导式偏振调制测距系统装置并进行实验验证，重复性测试实验中测量平均误差为0.44 mm，测量重复性为0.54 mm，变距离实验中测量平均误差为0.39 mm。波导式偏振调制测距系统能够实现距离的有效测量，具有不产生热效应，结构简单等优点，在激光测距方面具有应用价值。

Abstract

To improve the range-finding accuracy of a polarization modulation range-finding method and eliminate the thermal effect of bulk phase modulators， we propose waveguide phase modulators to substitute the bulk phase modulators. First， the polarization modulation range-finding method and system based on waveguide phase modulator were studied. The functional relationship between the frequency of the modulation signal， the intensity of the polarization light， and the distance was established by analyzing the polarization state change of light in the transmitted path of the system with the Jones matrix. Then， the characteristics of the waveguide phase modulator were tested. The test results show that the half-wave voltage ranges in 3.5-7 V and the consistency of the forward half-wave and backward half-wave voltages ranges in －2%-3%. Finally， a polarization modulation range-finding system with straight waveguide phase modulator was set up to verify the operation of the polarization modulation range-finding system. The average measurement error of the fixed-length fiber is 0.46 mm， and its measurement repeatability is 0.54 mm. The average measurement error is 0.39 mm according to a variable distance test. The experimental results demonstrate that this system can be employed for laser ranging. The system presents a simple structure that can help realize low power consumption and miniaturization.

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Keywords

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