近日，重庆大学光电工程学院、光电技术及系统教育部重点实验室王金栋副教授与朱涛教授团队及其合作者在光频梳精密光探测和测距领域取得新进展。研究团队创新性地提出基于双光梳呼吸光谱（Dual-comb breathing spectra, DBS）的新型精密激光雷达方案，克服了非同步、模糊范围和测量死区的问题，在单次光谱采集过程中实现1.08 nm@0.5m的测距结果，并利用光学游标效应实现21.8nm@217m的高精度、大范围的性能，同时兼具快速、高分辨率三维探测的能力。

相关研究成果以“Precision LIDAR Using Dual-Comb Breathing Spectra”为题发表在Laser & Photonics Reviews期刊。重庆大学博士研究生黄景晟（现就职于中国石油安全与环境技术研究院），重庆大学光电工程学院副教授王金栋、博士研究生杜伟，西安光机所助理研究员王阳为论文的共同第一作者；重庆大学光电工程学院副教授王金栋、教授朱涛，以及西安光机所张文富研究员为通讯作者；陕西科技大学王伟强教授、重庆大学光电工程学院硕士研究生李子文参与了实验工作，合作者还包括香港城市大学Sai Tak Chu教授。

该工作得到中国国家重点研发计划、国家自然科学基金、国家杰出青年科学基金、重庆市自然科学基金创新研究团队的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1002/lpor.202500169

光探测与测距（LiDAR）是众多科技领域的关键技术，广泛应用于形貌测量、运动感知与精密传感。光学频率梳（OFC）作为一种先进光源，为发展高精度LiDAR提供了核心支撑。在众多基于OFC开发的多种LiDAR中，色散干涉法（Dispersion interferometry，DPI）利用多梳齿的光谱干涉，兼具高精度与强抗干扰能力，但其存在测量死区和模糊范围的问题。目前，可通过基于微梳（SMC）的双光梳异步采样法克服。但其通过交换本地梳和参考梳来测量两次来消除模糊，会引入二次采样带来的测量误差。

针对以上问题，研究团队提出了一种基于双光梳呼吸光谱（DBS）的新型精密LiDAR（图1a）。光谱的振荡部分及其随距离的趋势如图1d所示，类似于呼吸模式，因此称为呼吸光谱。

这种基于DBS的新型精密LiDAR方案的核心是采用光谱重建和DBS峰值跟踪方法，精确识别呼吸光谱的峰值对应频率来解算距离。

为了验证所提出的LiDAR的性能，研究团队搭建了如图1a所示的DBS系统，并分别开展了持续监测实验、远程测距实验、三维形貌测量实验，充分验证了该系统的长期稳定性（Allan方差1.08nm@50cm, 500s）、长距离高精度（Allan方差1.6 nm@80m，21.8 nm@217m）和三维高精度和高平整度重建的能力。

图1 双梳呼吸光谱长度计量原理

该工作提出的双光梳呼吸光谱（DBS）系统，在长距离、实时、高长期稳定性的LiDAR应用中具有优势。当与合作目标、高速光谱采集方法和扫描云台相结合时，该方案有望实现实时、高精度和动态的目标跟踪或具有足够帧率的3D测量，在精密旋转设备的姿态监测、大型精密设备的组装和对接等场景拥有巨大的应用潜力。