德国卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）和瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的研究人员已经公布了一种新的激光系统，能够以创记录的速度精确测量距离。该系统使用光学频率梳测量子弹的表面轮廓。诸如空中无人机、观测卫星、自动驾驶汽车和制造机器人等现代技术需要对周围物体的距离进行快速、准确的测量。目前，这种测量都是通过基于激光探测和测距（LIDAR）系统进行的。

光学频率梳

为了构建一个更快的测距系统，德国卡尔斯鲁厄理工学院和瑞士洛桑联邦理工学院的科学家们利用了孤子进行测量，这些孤子是由激光组成的波包，它们在传播过程中能够保持其形状不发生改变。这些孤子可以采用光学频率梳的形式，具有精确限定波长的“光梳齿”，按照一定规则的间隔隔开。科学家们意识到，如果光梳被运动的物体击中并反射回去，就会干扰新产生的光梳。在了解梳齿结构的情况下，叠加光梳齿的相位差将显示首个光梳齿行进的距离。

为了制造光学频率梳，科学家们制造出微米尺度下的高质量圆形氮化硅片，其光损失很小。当用连续波激光器摄入氮化硅片时，这种材料的折射率根据电场的变化而改变，这种效应被称为克尔效应。这会导致某些克尔频率的光波发生共振，产生适合实验的光学频率梳。

瑞士洛桑联邦理工学院的Tobias Kippenberg教授解释称：“我们开发了低损耗光学谐振器，能够产生极高的光强度，这是产生孤子频率梳的先决条件，这些所谓的克尔频率梳在过去几年中迅速进入了新的应用领域。”

打破记录

为了测试新系统，研究人员以150 m/s的速度发射了一枚子弹，并垂直于子弹轨迹发射了激光频率梳。通过不断观察梳状干涉图案，研究人员生成了子弹的三维图像。德国卡尔斯鲁厄理工学院的Christian Koos评论称：“我们成功地对子弹的表面结构进行了实时采样，精度已经达到了微米量级。为了达到此精度，我们每秒记录1亿次距离值，这相当于目前世界上最快的距离测量速度。”

虽然测量具有超高精度和超高速度的优秀特点，但该技术的测量范围仅为1米左右，研究人员们希望在未来不断提高这一指标。另外，测量系统的体积相当庞大，同时也会产生大量的数据。研究人员现在将致力于制造更紧凑的设计，他们认为今后能够将系统放入火柴盒大小的集成装置中。

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