WARUM IST EINE NIEDRIGE JITTER-FUNKTION BEI AKTIVEN Q-SWITCHED-DPSS-LASERN WICHTIG?

Bei aktiv gütegeschalteten Lasern steuert der Benutzer die gepulste Laserausgabe, so dass keine Laserpulsemission auftritt, ohne ein geeignetes Eingangssignal, auch bekannt als "Trigger", bereitzustellen. Aufgrund der Triggersignalausbreitung durch die Schnittstellenelektronik, die Q-Switch-Treiberkette und die Einschwingzeit des Laserresonators liegt eine Zeitverzögerung (Td) zwischen dem extern zugeführten Triggersignal und dem tatsächlich vom Laser emittierten Puls vor Laserquelle. Die Td kann Schwankungen aufweisen, wenn eine am Impulserzeugungsprozess beteiligte Elektronik oder Optik eine funktionale zeitliche Varianz aufweist.

Der Parameter Td ist bei der Zeitverwaltung einiger Anwendungen sehr relevant. Sie müssen sowohl die Zeitverzögerung (Td) als auch einen Zeitjitter (Tj) berücksichtigen, bei dem es sich um eine statistische Variation der Zeitverzögerung handelt, die hauptsächlich von Folgendem abhängt:

 

elektrisches Rauschen in der Triggerkette

Puls-zu-Puls-Schwankung der elektrischen Parameter der Triggerkette

Aufbauzeitmechanismus des Laserpulses und damit verbundene Schwankungen.

Schwankung des zeitlichen Verlaufs der steigenden (-fallenden) Flanke des Triggersignals

Aufgrund der Jitter-Phänomene wird der tatsächliche Wert der Zeitverzögerung statistisch verändert. Daher tritt das Laserimpuls-Emissionsereignis (in den allermeisten Fällen) innerhalb einer normalen Zeitverteilung auf, die durch eine durchschnittliche Zeitverzögerung Td und einen Standardabweichungswert Tj definiert ist (dh 68,2 von 100 Impulsen entwickeln sich im Zeitintervall Td ± Tj). ).

 

Laser von Bright Solutions wie Onda, Wedge und Vento sind in einer Konfiguration mit „niedrigem Jitter“ erhältlich, die den Zeitjitter Tj minimiert (in einigen Fällen auf 1/10 oder sogar 1/20 der Laserpulsbreite).

 

Diese Option kann in Anwendungen wie der Flugzeitmessung (TOF) von Vorteil sein. Bei diesen Anwendungen wird der Laserpuls hauptsächlich verwendet, um die Entfernung eines festen oder sich bewegenden Ziels zu messen. Nachdem ein Laserpuls auf das Ziel gerichtet wurde, sammelt ein optischer Detektor die davon reflektierten oder zurückgestreuten Photonen. Dann zählt die Detektionselektronik die Zeit zwischen der Emission des Laserpulses und der Sammlung von Photonen, die vom Ziel zurückkommen.

 

Flugzeit

 

Wenn man bedenkt, dass die Geschwindigkeit einer elektromagnetischen Welle in Luft etwa 3 x 108 m/s beträgt, liegt die durch einen 3-ns-Impuls erreichbare lineare räumliche Auflösung (r) in der Größenordnung von:

 

r = 3 x 108 m/s x 3 x 10-9 s = 0,9 m

 

Moderne Detektionstechniken können diese Zahl erheblich reduzieren. Wenn dasselbe elektrische Signal die Laseremission und den Zeitzähler auslöst, führt Jitter (in 68,2 % der Messungen unter der Annahme einer Normalverteilung) zu einem Fehlerabstand De von:

 

De = ±c (Lichtgeschwindigkeit) x Tj/2

 

-wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist

 

Wenn der oben definierte Jitter Tj in der Größenordnung von 1 ns liegt, könnte der Messfehler ±15 cm betragen, was für einige kritische Anwendungen übermäßig sein kann.

 

Durch die Konfiguration von Lasern im "Low Jitter"-Modus können wir Tj für einen 3-ns-Impulsbreitenlaser auf ±200 ps oder weniger reduzieren. Daher kann der Fehler um das Fünffache auf 3 Zentimeter reduziert werden.

 

Natürlich muss sich der Benutzer um die Signalerzeugung in Bezug auf die Ausgangsimpedanz (50 Ohm) und die scharfe und kurze ansteigende Flanke des TTL-Triggers kümmern.

 

Jitter-Oszilloskop

 

Der Oszilloskop-Screenshot oben zeigt die Jitter-Messung für einen 2,7 ns langen, jitterarmen, luftgestützten LiDAR-Illuminator von Bright Solutions. Die blaue Kurve ist das Trigger-IN-Signal, während die grüne Kurve den von einer schnellen Fotodiode erfassten Laserpuls darstellt. Die Standardabweichung der Verzögerung des Laserpulses in Bezug auf die ansteigende Flanke des Trigger-IN-Signals ist der Jitter.

 

 

 

Jitter-Daten

 

 

 

Betrachtet man die Messung P8 und ihre Statistiken, stellt sich heraus, dass die durchschnittliche Verzögerung Td 215 ns (Mittelwert von P8) und der Jitter Tj 171 ps (sdev von P8) beträgt, was ungefähr 1/16 der Laserimpulsbreite entspricht. Somit wird in diesem speziellen Fall der Fehler bei der Entfernungsmessung auf etwa ±2,5 cm reduziert.