활성 Q-스위치 DPSS 레이저에서 낮은 지터 기능이 중요한 이유는 무엇입니까?

활성 Q 스위치 레이저에서 사용자는 펄스 레이저 출력을 제어하므로 "트리거"라고 하는 적절한 입력 신호를 제공하지 않으면 레이저 펄스 방출이 발생하지 않습니다. 인터페이스 전자 장치, Q-스위치 드라이버 체인 및 레이저 공진기 빌드업 시간을 통한 트리거 신호 전파로 인해 외부에서 공급된 트리거 신호와 장치에서 방출되는 실제 레이저 펄스 사이에 시간 지연(Td)이 존재합니다. 레이저 소스. Td는 펄스 생성 프로세스와 관련된 전자 장치 또는 광학 장치에 시간에 대한 기능적 변화가 있는 경우 변동을 나타낼 수 있습니다.

파라미터 Td는 일부 애플리케이션의 타이밍 관리와 매우 관련이 있습니다. 시간 지연(Td)과 시간 지터(Tj)를 모두 고려해야 합니다. 이는 주로 다음에 따라 달라지는 시간 지연의 통계적 변동입니다.

 

트리거 체인의 전기 노이즈

트리거 체인 전기 매개변수의 펄스 간 변동

레이저 펄스 축적 시간 메커니즘 및 관련 변동.

트리거 신호의 상승(하강) 에지 시간 프로파일 변동

지터 현상으로 인해 시간 지연의 실제 값은 통계적으로 변경됩니다. 따라서 레이저 펄스 방출 이벤트는 (대부분의 경우) 평균 시간 지연 Td 및 표준 편차 값 Tj로 정의되는 정규 시간 분포 내에서 발생합니다(즉, 100개 펄스 중 68.2개는 시간 간격 Td ±Tj에서 발생합니다). ).

 

Onda, Wedge 및 Vento와 같은 Bright Solutions의 레이저는 시간 지터 Tj를 최소화하는 "낮은 지터" 구성으로 사용할 수 있습니다(경우에 따라 레이저 펄스 폭의 1/10 또는 1/20까지).

 

이 옵션은 TOF(Time Of Flight) 측정과 같은 애플리케이션에서 유리할 수 있습니다. 이러한 응용 분야에서 레이저 펄스는 주로 고정 또는 이동 대상의 거리를 측정하는 데 사용됩니다. 대상을 향해 레이저 펄스를 보낸 후 광학 검출기는 대상에서 반사되거나 후방 산란된 광자를 수집합니다. 그런 다음 감지 전자 장치는 레이저 펄스 방출과 대상에서 되돌아오는 광자 수집 사이의 시간을 계산합니다.

 

비행 시간

 

공기 중 전자기파의 속도가 약 3 x 108m/s임을 고려하면 3ns 펄스로 얻을 수 있는 선형 공간 분해능(r)은 다음과 같습니다.

 

r = 3 x 108m/sx 3 x 10-9s = 0.9m

 

최신 탐지 기술은 이 수치를 크게 줄일 수 있습니다. 동일한 전기 신호가 레이저 방출과 시간 카운터를 트리거하는 경우 지터는 (정규 분포를 가정한 측정의 68.2%에서) 다음과 같은 오차 거리 De를 도입합니다.

 

De = ±c(빛의 속도) x Tj/2

 

- 여기서 c는 빛의 속도입니다.

 

위에서 정의한 지터 Tj가 1ns 정도인 경우 측정 오류는 ±15cm가 될 수 있으며 이는 일부 중요한 응용 분야에서 과도할 수 있습니다.

 

"낮은 지터" 모드에서 레이저를 구성하면 3ns 펄스 폭 레이저의 Tj를 ±200ps 이하로 줄일 수 있습니다. 따라서 오류를 3cm로 5배 줄일 수 있습니다.

 

물론 사용자는 출력 임피던스(50옴)와 TTL 트리거의 급격하고 짧은 상승 에지 측면에서 신호 생성에 주의해야 합니다.

 

지터 오실로스코프

 

위의 오실로스코프 스크린샷은 Bright Solutions, 2.7ns 길이, 낮은 지터, 공중, LiDAR 조명기에 대한 지터 측정을 보여줍니다. 파란색 곡선은 트리거 IN 신호이고 녹색 곡선은 고속 포토다이오드에서 감지한 레이저 펄스입니다. 트리거 IN 신호의 상승 에지에 대한 레이저 펄스 지연의 표준 편차는 지터입니다.

 

 

 

지터 데이터

 

 

 

측정값 P8과 그 통계를 살펴보면 평균 지연 Td는 215ns(P8의 평균)이고 지터 Tj는 171ps(P8의 sdev)이며 이는 레이저 펄스 폭의 약 1/16에 해당합니다. 따라서 이 특정한 경우 거리 측정의 오차는 약 ±2.5cm로 줄어듭니다.