技术摘要：
本发明公开了一种基于光频梳的植物生态监测系统，包括光频梳光源模块、光学监测模块、探测器模块、数据采集与处理模块以及时钟同步模块，光频梳光源模块输出具有重频差的监测光和参考光，监测光经光学监测模块调节功率、波长以及光束后作用于监测对象，探测器模块接收  全部
背景技术：
伴随植物的生长，其整体的形貌状态（枝、叶、茎、杆、花朵、果实）会发生缓慢的变 化，同时，受到生长环境的影响，如温度、气候、土壤养分的变化，植物生长过程中产生的气 体成分会发生微弱的改变。对植物生长过程进行高精度形貌测量，并对其在环境交互中产 生的气体成分进行高精度分析，是精准监测植物动态生长过程、生理变化、体征状态的必要 手段。现阶段，对形貌监测的手段主要依赖于激光雷达的点阵扫描或面阵CCD成像技术，对 气体成分的分析则主要依赖于传统光谱分析仪器。 传统测量植物生态的技术手段，不能实现同时测量植物形貌与分析光谱成分，分 别测量则会带来系统复杂、测量不同步、测量时间长等一系列问题。此外，激光雷达的点阵 扫描类测量受限于扫描机械臂的扫描时间，需要一定的测量时间，无法实现实时还原分析。 面阵CCD成像技术的缺点是传感器阵列复杂、精度受限。传统光谱分析仪器，通常使用光谱 分离的手段进行分别测量还原，缺点是测量效率低、测量精度受限。
技术实现要素：
本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种基于光频梳的植物生态 监测系统，该基于光频梳的植物生态监测系统利用具有确定重频差的飞秒光频梳作为监测 光源，当监测光采集到监测对象的光学信号后，与参考光进行拍频下，将光频信息转换为到 射频信息进行探测，并进行高速采集与计算还原，从射频信息中反演光频的吸收谱可以得 到监测目标的光谱信息，反演光频的相位信息可以反演监测目标的空间相对位置并实现三 维成像。 本发明目的实现由以下技术方案完成： 一种基于光频梳的植物生态监测系统，其特征在于所述植物生态监测系统包括光频梳 光源模块、光学监测模块、探测器模块、数据采集与处理模块以及时钟同步模块，所述光谱 梳光源模块上的两个输出端分别连接所述光学监测模块和所述探测器模块的输入端，所述 光学监测模块的输出端连接所述探测器模块的输入端，所述探测器模块的输出端连接所述 数据采集与处理模块的输入端，所述时钟同步模块的两个输出端分别连接所述光频梳光源 模块的输入端和所述数据采集与处理模块的输入端； 所述光频梳光源模块输出具有重频差的监测光和参考光，所述监测光经所述光学监测 模块调节功率、波长以及光束后作用于监测对象，所述探测器模块接收经由所述监测对象 反射的所述监测光，所述探测器模块对回返的所述监测光和所述参考光进行拍频，所述数 据采集与处理模块采集所述探测器模块发出的拍频信号后进行分析并实时还原所述监测 对象的吸收光谱以及形貌特征。 所述光频梳光源模块包括两台具有重频差的飞秒光频梳以及实现所述重频差的 3 CN 111721231 A 说　明　书 2/4 页 锁定模块，所述重频差的锁定方式为光频参考锁定、载波包络零频锁定、重频锁定中的一种 或多种的组合。 所述重频差的锁定方式的反馈激励为压电陶瓷、电流、温度、电光调制晶体、可饱 和吸收体、碳纳米管、石墨烯调制器中的一种或多种的组合。 两台所述光频梳的波长范围在极紫外、紫外、可见光、近红外、中红外、远红外的波 长范围内。 所述光学监测模块由虚拟成像相位阵列、光栅、望远镜系统组成，所述虚拟成像相 位阵列和所述光栅对光源信号进行面阵排列，所述望远镜系统调整入射到所述监测对象上 的光斑大小。 所述光学监测模块包括依次设置的二分之一波片、第一偏振分束器、四分之一波 片、虚拟成像相位阵列、光栅、第一共焦透镜、第二共焦透镜。 所述探测器模块包括依次设置的二分之一波片、第二偏振分束器、二分之一波片、 第三偏振分束器、探测器。 所述探测器为光电二极管探测器、单光子探测器、光学平衡探测器中的一种或多 种组合。 所述时钟同步模块为原子钟、光钟、信号发生器中的一种。 本发明的优点是：（1）该植物生态监测系统基于光频梳拍频探测的原理，通过两台 具有确定重频差的飞秒激光器，将经过监测对象反射的监测光与参考光拍频下转换到射频 波段，使用光电类探测器直接探测下转换信号，可以精确反演光频信息,其刷新时间由重频 差决定，刷新时间达到亚ms量级，测量速度极快，可实现即时测量。（2）该植物生态监测系统 通过探测到的射频信息，反演还原光频的相位，从而解析监测对象的三维结构，解析深度的 精度可以达到nm量级，实现高精度测量。（3）该植物生态监测系统采用全光纤结构的光频梳 系统，可以实现探测系统的集成化、简易化、小型化，安装简单，操作简便。（4）该植物生态监 测系统通过探测拍频信号的时域信号，反演监测对象的光频信号，在解析吸收光谱信息的 同时，通过相位法解析监测对象的三维形貌，只需一个探测器即可实现三维形貌与光谱信 号的同时测量，快速的高精度测量还原可以精确实时反映植物的生长形态与生理状态，满 足精准即时信息获取，为农业生产、植物学研究等相关领域的相关即时决策提供足够的、及 时的、准确的信息模型。 附图说明 图1为本发明中基于光频梳的植物生态监测系统的模块示意图； 图2为本发明的基于光频梳的植物生态监测系统的结构示意图。