¿POR QUÉ ES IMPORTANTE UNA CARACTERÍSTICA DE BAJO JITTER EN LOS LÁSERES DPSS ACTIVAMENTE Q-SWITCHED?

En los láseres Q-switched activos, el usuario controla la salida del láser pulsado, de modo que no se produce ninguna emisión de pulso láser sin proporcionar una señal de entrada adecuada, también conocida como "el disparador". Debido a la propagación de la señal del disparador a través de la interfaz electrónica, la cadena del controlador del interruptor Q y el tiempo de acumulación del resonador láser, existe un retardo de tiempo (Td) entre la señal del disparador suministrada externamente y el pulso láser real emitido por el fuente de láser El Td puede mostrar fluctuaciones si cualquier componente electrónico u óptico involucrado en el proceso de generación de pulsos tiene una variación funcional en el tiempo.

El parámetro Td es muy relevante en la gestión de tiempos de algunas aplicaciones. Debe considerar tanto el retardo de tiempo (Td) como un jitter de tiempo (Tj), que es una variación estadística del retardo de tiempo que depende principalmente de:

 

ruido eléctrico en la cadena de activación

fluctuación de pulso a pulso de los parámetros eléctricos de la cadena de activación

mecanismo de tiempo de acumulación de pulso láser y fluctuaciones asociadas.

fluctuación del flanco ascendente (-descendente) perfil temporal de la señal de disparo

Debido a los fenómenos de fluctuación, el valor real del retardo de tiempo se altera estadísticamente. Por lo tanto, el evento de emisión del pulso láser ocurre (en la gran mayoría de los casos) dentro de una distribución de tiempo normal, definida por un retraso de tiempo promedio Td y un valor de desviación estándar Tj (es decir, 68.2 de cada 100 pulsos se desarrollan en el intervalo de tiempo Td ± Tj ).

 

Los láseres de Bright Solutions como Onda, Wedge y Vento están disponibles en una configuración de "baja fluctuación", que minimiza la fluctuación temporal Tj (en algunos casos hasta 1/10 o incluso 1/20 del ancho del pulso del láser).

 

Esta opción puede resultar ventajosa en aplicaciones como la medición del tiempo de vuelo (TOF). En estas aplicaciones, el pulso láser se utiliza principalmente para medir la distancia de un objetivo fijo o en movimiento. Después de dirigir un pulso láser hacia el objetivo, un detector óptico recoge los fotones reflejados o retrodispersados ​​por él. Luego, la electrónica de detección cuenta el tiempo entre la emisión del pulso láser y la recolección de fotones que regresan del objetivo.

 

Tiempo de vuelo

 

Considerando que la velocidad de una onda electromagnética en el aire es de aproximadamente 3 x 108 m/s, la resolución espacial lineal (r) alcanzable por un pulso de 3 ns es del orden de:

 

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

 

Las modernas técnicas de detección pueden reducir significativamente esta cifra. Si la misma señal eléctrica dispara la emisión láser y el contador de tiempo, el jitter introducirá (en el 68,2% de las medidas suponiendo una distribución normal) una distancia de error De de:

 

De = ±c (velocidad de la luz) x Tj/2

 

-donde c es la velocidad de la luz

 

Si la fluctuación de fase Tj definida anteriormente es del orden de 1 ns, el error de medición podría ser de ±15 cm, lo que puede ser excesivo para algunas aplicaciones críticas.

 

Al configurar los láseres en modo de "baja fluctuación", podemos reducir Tj para un láser de ancho de pulso de 3 ns hasta ±200 ps o menos. Por lo tanto, el error se puede reducir cinco veces hasta 3 centímetros.

 

Por supuesto, el usuario debe cuidar la generación de la señal en términos de impedancia de salida (50 ohmios) y el flanco ascendente agudo y corto del disparador TTL.

 

Osciloscopio de fluctuación

 

La captura de pantalla del osciloscopio anterior muestra la medición de la fluctuación de fase de un iluminador LiDAR aerotransportado de Bright Solutions, de 2,7 ns de longitud y baja fluctuación de fase. La curva azul es la señal IN del disparador, mientras que la curva verde es el pulso láser detectado por un fotodiodo rápido. La desviación estándar del retardo del pulso láser, con respecto al flanco ascendente de la señal IN del disparador, es la fluctuación.

 

 

 

Datos de fluctuación

 

 

 

Mirando la medida P8 y sus estadísticas, resulta que el retardo promedio Td es 215ns (media de P8) y la fluctuación Tj es 171ps (sdev de P8), lo que corresponde a aproximadamente 1/16 del ancho del pulso láser. Así, en este caso concreto el error en la medida de la distancia se reduce a unos ±2,5cm.