【摘要】 S.R.Melikyan团队研发的激光轮廓仪实现100米距离微米级表面粗糙度测量，详解调频脉冲技术、光纤延迟线系统及工业检测方案

俄罗斯学者S.R.Melikyan团队研发的非线性光学激光表面轮廓仪，实现了100米距离内微米级分辨率的表面粗糙度测量。该技术通过调频激光脉冲与参考脉冲的非线性相互作用，建立表面深度与载波频率的精准对应关系，为工业无损检测提供新方案。

 

技术原理

图1. 非线性光学轮廓仪的流程图。[1]​

如图1所示，皮秒激光脉冲（波长1.3μm）通过单模光纤时，因自相位调制效应产生线性调频。当这种调频探测脉冲与窄带参考脉冲在非线性晶体中发生共线作用时，输出辐射的载频与脉冲延迟时间严格对应，通过光谱分析即可反演表面轮廓深度。

 

核心组件功能

1.​脉冲扩展系统

图2. 光纤延迟线。[1]

调频脉冲经图2所示的光纤延迟线(FODL) 扩展40倍至40皮秒。该色散控制器由衍射光栅对和透镜组成，通过空间光谱分离实现精准时延控制。

2.​高精度检测机制

实验数据表明（功率103W，光纤参数：长0.86m/截面50μm³/n₂=3·10⁻²⁰m²/W），系统输出频率变化率β=3.5·10²⁴s⁻²。表面深度d与载频关系为：

​d = (c·Δτ)/2 （Δτ为脉冲延迟，c为光速）

 

技术优势​（符合检索逻辑的关键词布局）

  • ​百米级检测距离：适用于大型工件现场测量
  • ​微米级分辨率：超越传统光学轮廓仪精度
  • ​抗干扰能力：调频脉冲对大气扰动不敏感
  • ​工业兼容性：适用于金属、半导体、复合材料表面检测

数值模拟证实（Meas Tech,2015），该系统在汽车制造、航空航天领域的表面缺陷检测中误差率<0.3%，为精密工业质量控制提供可靠工具。

 

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