在 2 毫米处，不使用飞行时间。干涉仪是。与只能真正确定距离（和间接速度）的飞行时间不同，干涉测量法可用于测量许多其他属性并且具有更高的采样率。使用这一原理已经完成了一些令人惊奇的事情，包括 LIGO 或验证地球引力对光子进出地球表面的速度的影响。或者通过测量房间内某物的振动来窃听屋外的某人。

干涉测量法最直接地测量速度。测量距离有点不那么简单。

你可以很简单地自己玩这个（只要你有一个示波器）使用自混合技术，需要一个带有集成监控二极管的激光二极管，否则你需要很多昂贵的光学元件，这会让你无法接触到它典型的爱好。

太酷了。你应该试试看。如果您查看像 Jameco 这样的剩余电子商店，而不是像 Mouser 或 Digikey 这样的地方，可以以几美元（正常价格的 1/10）购买所需的带有集成光电二极管的激光二极管。只需确保检查数据表以确保内部有光电二极管。您也不希望激光模块可能已经连接到监控光电二极管以保持恒定的光功率，因为​​您需要访问激光二极管。

外行视频演示： https ://www.youtube.com/watch?v=MUdro-6u2Zg

如果您还不知道，在观看视频后会更有意义的论文： http ://sci-hub.tw/http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1464-4258/ 4/6/371/pdf也可以在semanticscholar.org中阅读，并在此处付费。朱利安尼等人。J.选项。答：纯应用。选择。4 (2002) S283–S294

虽然这个答案说“干涉仪”，但它们只计算条纹，它们不测量绝对距离。您可以移动某物并计算其条纹及其分数并说“它移动了 42 个波长”并检查气压和湿度并估计空气中的当前波长，但您不能用一个来说它从 2 毫米移动到2 毫米加 42 个波长。

有双波长干涉仪可以尝试解决这种不确定性，但通常还有其他不确定性。

当使用激光测量毫米到一米左右的距离时，通常使用的是激光位移传感器。那个链接和下面的三个链接都说明了原理。

激光束提供准直光束，波长纯度不是最重要的，只是您可以使用滤光片阻挡强环境光。它在很宽的距离范围内将大约 1 毫米的光点投射到您的目标上，并使用成像镜头和 1D 或 2D 图像传感器从偏离光束的位置进行观察。

激光通常是脉冲的，并且可以减去成对的“开”和“关”图像，以进一步增强激光光斑相对于图像杂波。

沿传感器的位移对应于远离单元的位移。仔细归零后，您可以将其关闭，然后测量到另一个物体的绝对距离，即使没有运动。这比使用干涉仪计算条纹要方便得多，在干涉仪中，您必须始终从零开始，然后一直到最终位置，一直计算条纹。

该评论提到了相干断层扫描，这是另一种非接触式光学绝对距离测量。但它一般不使用激光。

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来源和来源

这里有两个不同的问题。

首先，电子（非相干）激光雷达系统对光子的往返时间有多快？

几十皮秒是实际商用设备的上限。请注意，这些不适用于以 10s 的 GHz 采样输入波形。它们在低得多的带宽（通常为 ~1 GHz）下工作，然后使用非常精确的计时器执行时间相关的单光子计数。光子进来，在探测器上产生一个电压尖峰，记录边缘接收到的精确皮秒。虽然这似乎表明您可以拥有几皮秒的分辨率（因此可以测量微米），但在实践中，诸如电子通过光学探测器的扩散之类的事情会导致时间抖动，从而为每个光子的真实到达时间增加了不确定性。

Becker 和 Hickl 专注于商业快速光子计时设备，他们的一个系统的白皮书非常出色，该系统获得了大约 19 ps 的时间分辨率，或者使用 1.8 GHz 模拟带宽时的分辨率略高于 3 mm：

混合探测器和 MCP-PMT 的低于 20ps IRF 宽度

请注意，这种精度水平在传统激光雷达系统中是不切实际的，并且仅限于高度专业化的科学仪器。然而，基于硅光电倍增器技术的低成本系统可以以非常低的成本获得大约 100 皮秒的时间分辨率。

其次，如果电子系统的分辨率限制低于 2 毫米，那么具有亚微米分辨率的飞行时间激光雷达系统如何工作？

这里的答案是低相干干涉测量（例如光学相干断层扫描和相干激光雷达）。在这项技术中，人们使用非常宽带的光源，例如弧光灯或低相干激光器，并通过构建光外差接收器将系统的模拟带宽扩展到太赫兹. 虽然电子混频器当然不能在太赫兹运行，但称为干涉仪的光学混频器可以在太赫兹运行。这种方法的工作方式与射频外差无线电（如汽车音响）完全相同，其中快速载波上的信号被解调，以便慢得多的电子接收器可以检测到它。由于实际光的检测带宽仅受光源带宽的限制，如果您使用非常宽带的光源，您的检测带宽可以为 100 THz 或更高，并且您的分辨率约为 1 个波长。

使用低相干干涉仪执行飞行时间测量有两种不同的方法，即时域和傅里叶域。在时域方法（商业上主要用于 OCT）中，低相干光被分成干涉仪的两个不同臂，并在臂之间引入频移。当光重新组合时，当两个臂的长度匹配小于 1 个相干长度时，频移将产生一个拍频，相干长度等于光速除以激光源带宽 (Hz)。

例如，使用光谱宽度为 20nm 的 800nm 宽带激光器，系统将具有 9.4 THz 的频率带宽和 10 微米的分辨率。如果臂之间的频移为 10 MHz，则最多需要（并且可能更少）20 MHz 的电带宽。由于采用了光外差接收器，光带宽决定了分辨率，而电子带宽决定了下混输出的读取速度（激光雷达每秒运行多少体素）。因此，快速检测器允许更快的成像，但不影响分辨率。

傅里叶域方法是现代商业 OCT 和相干激光雷达的基础，宽带光源（通常是超发光二极管或可调谐激光器）在时域情况下被分成干涉仪的两个臂。但是，不需要频移，而是使用光谱分辨检测器来读取光谱干涉图（波长上的条纹或更准确地说，波数）。从物理上讲，您可以将其视为无限数量的单色干涉仪，它们都被并行读取。每个都可以在其波长处以 2 PI 模糊度告诉您距离，但总的来说，您可以对它们进行傅里叶变换，以将绝对位置控制在 2/光谱采样间隔的因子内。无需详细说明痛苦的细节，可以通过引入合适的抗混叠滤波器来消除这种模糊性，从而在时域情况下产生真实范围。这种方法在很大程度上取代了时域干涉测量，因为它具有更有利的 SNR，尽管分辨率是相同的。

为了演示相干检测可以做什么，这里是来自 OCT 系统的傅里叶域激光雷达图像：

该系统使用了 1310nm 激光器，可以在 110nm 的带宽上连续调谐（或者如果你推动它，可以调整更多），在 10 微米的范围内提供分辨率。非常高的带宽（~20 THz）使分辨率比电子带宽允许的分辨率高约 1000 倍。也就是说，该图像具有如此多的体素（超过 2000 亿），因此必须降低分辨率（通过将激光设置为比电缆更窄的带宽）以加快采集速度。

我将恭敬地不同意上述两个先前的答案。

它们准确地描述了传统的单色干涉仪，可以以令人难以置信的精度测量速度和相对位置，但不能测量绝对距离，因此未用于激光雷达。双（或三重或 N）波长系统在您遇到模糊度之前扩展了范围，但在您遇到连续宽带光谱的低相干情况之前仍然无法明确返回真实距离。同样，位移传感器不是基于飞行时间，而是一种共焦传感器，它使用宽数值孔径来观察光的空间发散度以推断距离。这两种技术都是高分辨率激光雷达的替代品，而不是高分辨率激光雷达的实现方式。