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 свет назад. Таким образом, энергия импульса и способность фокусироваться, а также количество рассеянного света определяют максимальный диапазон обнаружения. С другой стороны, ширина лазерного импульса ограничивает разрешение измерительной системы.

После сборки дальномера могут быть выполнены измерения расстояния. Импульсный лазерный модуль посылает короткие и интенсивные импульсы в направлении поставленной цели или объекта, представляющего интерес. Триггерный сигнал, генерируемый опорными импульсами, запускает измерение и синхронизирует один канал осциллографа (опция доступна). 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 расстояниях в несколько десятков метров, все еще с помощью стандартного детектора InGaAs. Поскольку лазерный модуль излучает на длине волны 1535 нм, лазерное излучение лежит в безопасном диапазоне длин волн глаза.

Для этого учебного комплекта требуется двухканальный осциллограф 100 МГц (приобретается дополнительно).

Образовательные цели исследования

• Импульсный лазерный модуль
• свет эхо
• Время полета
• ЛИДАР
• Скорость света
• InGaAs Photo Detector

Настройка и компоненты базового комплекта

1 плоский рельс 200 мм и плоский рельс 400 мм с весами

2 Импульсный лазерный модуль в θ/ϕ регулировочном держателе

3 импульсный лазерный источник питания PLPS 1000

4 Поворотная рассеивающая пластина в держателе с коллимационной линзой и детектором опорных импульсов

5 Визуальная оптика для измерения пульса

6 Детектор для измерения импульса в держателе

7 экран рассеяния для измерения расстояния

8 Опционально: двухканальный осциллограф 100 МГц

9 ИК детекторная карта 800 нм - 1600 нм (не показана)

10 2 BNC-кабеля с T-образными BNC-разъемами и шунтами 50 Ω (не показаны)

11 Руководство пользователя (не показано)

Измерения и обработка

Некоторые из возможных измерений представлены в следующем списке:

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. С длиной волны излучения 1535 нм лазер находится в безопасной для глаза области излучения.

• 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.