ПОЧЕМУ ХАРАКТЕРИСТИКА НИЗКОГО ДЖИТТЕРА ВАЖНА В DPSS ЛАЗЕРАХ С АКТИВНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ добротности?

В лазерах с активной модуляцией добротности пользователь управляет выходным импульсом лазера, так что излучение лазерного импульса не происходит без подачи надлежащего входного сигнала, также известного как «триггер». Из-за распространения триггерного сигнала через интерфейсную электронику, цепочку драйвера модулятора добротности и времени нарастания лазерного резонатора существует временная задержка (Td) между внешним триггерным сигналом и фактическим лазерным импульсом, испускаемым лазером. лазерный источник. Td может показывать флуктуации, если какая-либо электроника или оптика, участвующие в процессе генерации импульсов, имеют функциональное отклонение во времени.

Параметр Td очень важен для управления синхронизацией некоторых приложений. Вы должны учитывать как временную задержку (Td), так и временной джиттер (Tj), который представляет собой статистическую вариацию временной задержки, в основном зависящую от:

 

электрические помехи в триггерной цепи

межимпульсное колебание электрических параметров триггерной цепи

механизм времени нарастания лазерного импульса и связанные с ним флуктуации.

флуктуация временного профиля нарастающего (спадающего) фронта запускающего сигнала

Из-за явления джиттера фактическое значение временной задержки изменяется статистически. Следовательно, событие излучения лазерного импульса происходит (в подавляющем большинстве случаев) внутри нормального распределения времени, определяемого средней временной задержкой Td и величиной стандартного отклонения Tj (т.е. 68,2 из 100 импульсов развиваются в интервале времени Td ±Tj ).

 

Лазеры Bright Solutions, такие как Onda, Wedge и Vento, доступны в конфигурации с «низким джиттером», которая минимизирует временной джиттер Tj (в некоторых случаях до 1/10 или даже 1/20 ширины лазерного импульса).

 

Этот вариант может быть полезен в таких приложениях, как измерение времени полета (TOF). В этих приложениях лазерный импульс в основном используется для измерения расстояния до неподвижной или движущейся цели. После направления лазерного импульса на цель оптический детектор собирает фотоны, отраженные или рассеянные от нее. Затем электроника обнаружения отсчитывает время между испусканием лазерного импульса и сбором фотонов, возвращающихся от цели.

 

Время полета

 

Учитывая, что скорость электромагнитной волны в воздухе составляет примерно 3 x 108 м/с, линейное пространственное разрешение (r), достижимое для импульса длительностью 3 нс, имеет порядок:

 

r = 3 х 108 м/с х 3 х 10-9 с = 0,9 м

 

Современные методы обнаружения позволяют значительно снизить этот показатель. Если один и тот же электрический сигнал запускает излучение лазера и счетчик времени, дрожание внесет (в 68,2% измерений при нормальном распределении) расстояние ошибки De, равное:

 

De = ±c (скорость света) x Tj/2

 

-где с - скорость света

 

Если определенный выше джиттер Tj порядка 1 нс, погрешность измерения может составить ±15 см, что может оказаться чрезмерным для некоторых критически важных приложений.

 

Конфигурируя лазеры в режиме «низкого джиттера», мы можем уменьшить Tj для лазера с длительностью импульса 3 нс до ±200 пс или менее. Следовательно, погрешность можно уменьшить в пять раз до 3 сантиметров.

 

Конечно, пользователь должен позаботиться о формировании сигнала с точки зрения выходного импеданса (50 Ом) и острого и короткого переднего фронта триггера TTL.

 

Осциллограф джиттера

 

На приведенном выше снимке экрана осциллографа показано измерение джиттера для бортового осветителя LiDAR с низким джиттером и длительностью 2,7 нс, Bright Solutions. Синяя кривая представляет собой триггерный входной сигнал, а зеленая кривая — лазерный импульс, обнаруженный быстрым фотодиодом. Стандартное отклонение задержки лазерного импульса относительно нарастающего фронта входного сигнала триггера представляет собой джиттер.

 

 

 

Данные джиттера

 

 

 

Глядя на измерение P8 и его статистику, оказывается, что средняя задержка Td составляет 215 нс (среднее значение P8), а джиттер Tj составляет 171 пс (sdev от P8), что соответствует примерно 1/16 длительности лазерного импульса. Таким образом, в данном конкретном случае погрешность измерения расстояния снижается примерно до ±2,5 см.