本文研究了基于薄膜铌酸锂调制器的相位式激光测距系统在长期运行中由于调制器传输函数漂移导致的精度不稳定问题，提出了一种基于开方电路的偏压控制方案，以提高系统的长期稳定性。

1. 研究背景与问题：

• 问题：相位式激光测距技术在中远程距离测量中具有高精度的优势，广泛应用于3D成像、零件检测等领域。然而，基于薄膜铌酸锂的马赫-曾德尔调制器在长时间工作后存在工作点漂移的问题，导致调制器输出的光功率发生变化，进而引入较大的相位误差，降低激光测距系统的精度。

• 难点：该问题的研究难点在于如何稳定调制器的工作点（Quad点），以避免因工作点漂移导致输出信号幅度衰减、频率倍频或失真，从而影响系统测距精度。

• 相关工作：现有工作主要包括实时监测调制器输出光功率并自动调节直流偏置电压的方法，以及在调制器直流偏置端加入导频信号的方法。然而，这些方法在面对输入光功率波动、光路损耗以及热光移相调制器的非正弦信号输出时，存在稳定性和控制难度的问题。

2. 研究目标与方法：

• 针对上述问题，本文提出了一种基于开方电路的偏压控制方案，旨在通过稳定调制器的Quad点来提高系统的长期稳定性。

• 本文首先分析了调制器传输函数曲线漂移对测距系统精度造成干扰的原因，指出由于温度、湿度等环境因素及器件老化，导致调制器传输函数曲线漂移，进而影响工作点的稳定性。

• 根据薄膜铌酸锂调制器的工作原理，设计了一个基于开方电路的偏压控制模块，通过开方运算将输入电压转换为正比于光强的信号，从而在不改变原有导频方案的基础上，实现对调制器Quad点的稳定。

• 偏压控制模块由跨阻放大电路、滤波电路、主控单元、加法电路及开方电路组成，通过闭环控制实时调整偏置电压，确保工作点稳定在Quad点。

3. 实验设计与结果：

• 搭建了用于验证偏压控制模块功能的测距系统，进行精度的稳定性测试。实验系统包括发射、光路与接收三部分，发射部分通过薄膜铌酸锂调制器输出光信号，光路部分将光信号分为参考路与回波路，接收部分负责信号转换与解算。

• 实验结果表明，在未采用偏压控制模块的情况下，系统测量误差在10小时后增加了3.11mm；而采用该模块后，系统测距精度在30分钟内Quad点光功率的最大漂移被控制在0.03dB以内，10小时后测距精度保持稳定，分别为±0.20mm和±0.22mm。

• 通过对比实验，验证了偏压控制模块在长时间工作中的有效性，未采用偏压控制模块的系统在10小时后的测量误差增加了3.11mm，而采用该模块的系统精度保持稳定。

4. 结论与贡献：

• 本文研究的偏压控制技术有效解决了薄膜铌酸锂调制器在激光测距系统中的工作点漂移难题，为提升高精度、长期稳定运行的相位激光测距系统的工程实现提供了可靠的关键技术支撑。

• 通过引入开方运算，本文方案有效补偿了热光移相机制固有的电压-光强非线性关系，实现了对调制器Quad工作点的精确锁定，显著提升了系统的长期稳定性。

本文的研究为薄膜铌酸锂调制器在相位式激光测距中的应用提供了重要的技术支持，具有较高的工程应用价值。