Этот учебный комплект показывает основы измерения расстояний с помощью импульсных лазеров. Приложение, также известное как LIDAR (LIght Detection And Ranging), работает как RADAR (RAdio Detection And Ranging), но использует свет вместо радиоволн. Система LIDAR посылает свет на цель, которая рассеивает или отражает свет обратно в систему LIDAR. Таким образом, энергия импульса и способность фокусироваться, а также количество рассеянного / отраженного света определяют максимальную дальность обнаружения. С другой стороны, временная ширина лазерного импульса ограничивает разрешение измерительной системы.

После сборки комплекта дальномера можно выполнить измерения расстояния. Импульсный лазерный модуль посылает короткие и интенсивные импульсы по направлению к предусмотренному угловому отражателю куба или объекту интереса. Оптический диод делит лазерный импульс на эталонный и объектный импульсы соответственно. Опорный импульс отправляется непосредственно на фотодетектор, который генерирует сигнал запуска для начала измерения. После рассеяния от цели импульс объекта направляется на детектор сигнала оптическим диодом. Время пролета обратно рассеянных лазерных импульсов определяет расстояние измеряемого объекта. Временная ширина импульса достигает менее 5 нс, а расстояния менее 40 см все еще могут быть измерены в лабораторных условиях. Высокая пиковая мощность и низкая расходимость луча позволяют измерять цели на расстоянии до ста метров, по-прежнему с помощью стандартного детектора InGaAs. Поскольку лазерный модуль излучает на длине волны 1535 нм, лазерное излучение лежит в безопасном диапазоне длин волн глаза.

Этот учебный комплект требует двухканального осциллографа 100 МГц (приобретается дополнительно).

Образовательные цели исследования

• Импульсный лазерный модуль
• свет эхо
• Время полета
• Оптический диод
• Формирование луча и изгиб
• ЛИДАР
• Скорость света
• InGaAs Photo Detector

Настройка и компоненты комплекта

1 комплект из 5 плоских направляющих со шкалой

2 Импульсный лазерный модуль в θ/ϕ держателе 

3 импульсный лазерный источник питания PLPS 1000

4 Оптика для формирования лазерного луча в держателе

5 Оптика поляризационного лазерного светоделителя на поперечине

6 Оптика для детектора пускового импульса

7 Детектор для пускового импульса в держателе

8 четвертьволновой пластины в держателе вращения

9/10 Оптика расширителя луча

11 Визуальная оптика для измерения импульсного детектора

12 детектор для измерения импульса в держателе

13 Угловой кубический отражатель для измерения больших расстояний

14 Опционально: двухканальный осциллограф 100 МГц

15 ИК-карта детектора 800 нм - 1600 нм (не показана)

16 2 BNC-кабеля с тройниками BNC и шунтами 50 Ω (не показаны)

17 Руководство пользователя (не показано)

 Измерения и обработка

Некоторые из возможных измерений представлены в следующем списке:

• Настройка системы измерения дальности с помощью оптического диода

Коллимированный лазерный луч (2/4) разделен на два луча оптическим диодом, состоящим из поляризующего светоделителя (5) в сочетании с четвертьволновой пластиной λ / 4 (8). Опорный луч расширяется (6) и направляется на опорный фотодетектор (7), объектный луч, рассеянный обратно от цели (11), направляется на фотодетектор сигнала (13). Расширитель луча (9/10) расширяет лазерный луч для лучшей коллимации.

Настройка системы и согласование всех ее элементов проходят обучение.

• Ширина импульса лазерного модуля с модуляцией добротности

Используемый лазер представляет собой лазерный модуль с модуляцией добротности с длительностью импульса менее 5 нс. Для осциллографа с тактовой частотой 100 МГц или выше ширина импульса может отображаться и измеряться на экране осциллографа. Об этом нужно позаботиться, чтобы не насытить детектор. В противном случае измеренная ширина импульса слишком велика.

• Разрешение определения дальности

При длительности импульса менее 5 нс целевые расстояния до 40 см могут быть легко разрешены. Специально для таких коротких расстояний необходимо соблюдать осторожность, чтобы не насыщать измерительный детектор. Насыщенный сигнал может показывать импульс, удлиненный на несколько сотен наносекунд. В примере на левом рисунке расстояние импульса составляет 2,3 нс, что соответствует целевому расстоянию 35 см.

• Измерения на дальние расстояния

Из-за высокой пиковой мощности и низкой расходимости луча лазерного модуля могут быть выполнены измерения в несколько десятков метров. В примере на левом рисунке расстояние импульса составляет 120 нс, что соответствует целевому расстоянию 18 м.

• Оценка скорости света

Измерение значений времени полета для ряда расстояний может быть выполнено. Наклон линейной аппроксимации точек данных связан со скоростью света. Если имеются большие тела из прозрачных материалов, можно определить показатель преломления этих материалов (примечание: лазер излучает в инфракрасном диапазоне).

• Возможное продление

Комплект можно использовать для измерения длины стекловолокна. Подходящее волокно и механика для соединения лазерного света в волокне предлагаются eLas и могут быть заказаны дополнительно.