Langstreckenmessungen mit Frequenzkammauflösung

Einführung

Präzisionsmessungen spielen eine entscheidende Rolle in vielen Bereichen wie der industriellen Messung, der Messung, der autonomen Navigation, der Robotik und der Fernerkundung. Es ist in der Lage, Objekte genau zu lokalisieren und zu kartieren, kleine Veränderungen in der Entfernung zu erkennen und eine dynamische Umgebung mit hoher Genauigkeit zu überwachen.

Die Präzisionsdistanzmessung erfolgt mit einer Vielzahl von Methoden, einschließlich laserbasierter Technologien wie Flugzeitmessung (ToF), Interferenzmessung und FMCW-Radar (Lichtdetektion und Distanzmessung). Diese Methoden verwenden das Prinzip der Lichtwellen oder elektromagnetischen Wellen, um Entfernungen basierend auf der Verbreitungszeit oder der Messung einer Phasenverschiebung zu bestimmen.

Doppelkamm Laserradar

Dual-Kamm-Laserradar ist eine Spitzentechnologie, die die Prinzipien der Flugzeit (ToF) und der Interferenzmessung kombiniert und die kohärente Signalverstärkungstechnologie des FMCW-Laserradars basiert. Diese innovative Methode verbindet die Vorteile dieser Technologien und ermöglicht eine sehr genaue und schnelle absolute Entfernungsmessung.

Traditionelle Laserradarsysteme verlassen sich für die Entfernungsmessung in der Regel auf die Flugzeitmethode oder die Interferenzmessung. Die Flugzeitmessung misst die Zeit, die der Laserpuls benötigt, um das Zielobjekt zu erreichen, während die Interferenzmessung das Interferenzprogramm des Laserstrahls analysiert. Beide Methoden haben jedoch Einschränkungen in Bezug auf Messgenauigkeit, Geschwindigkeit oder Reichweite.

Das Dual-Kamm-Laserradar überwindet diese Einschränkungen, indem es zwei etwas unterschiedliche Frequenzkämme verwendet, die sich wiederholen. Wenn das emittierte Licht mit dem Zielobjekt interagiert, wird ein Teil des Lichts reflektiert. Ein Teil des Lichts wird durch den Referenzspiegel reflektiert. Genaue Entfernungsmessungen können erzielt werden, indem ein Frequenzkämmlicht, das durch das Ziel und den Referenzspiegel reflektiert wird, mit dem Licht eines anderen Frequenzkämmlichts stört und die Verzögerung zwischen dem erzeugten Interferenzdiagramm gemessen wird.

Zu den entscheidenden Faktoren für Doppelkamm-Laserradar gehören Pulsbandbreite, Wiederholungsfrequenz und schlechte Wiederholungsfrequenz. Durch die Nutzung des Cursor-Effekts (d. h. durch den Austausch der Rolle eines lokalen Oszillators und eines Probenobjektors während des gleichen Messprozesses) ermöglicht das Dual-Kamm-Laserradar einen extrem langen Messbereich ohne Verschleierung. Diese Reichweite kann sich auf Hunderte von Kilometern erstrecken und übertrifft die Anforderungen der meisten praktischen Anwendungen. Gleichzeitig ist das System in der Lage, eine Präzision auf Mikronenstufe zu erhalten, die von der Impulsdauer (in der Regel im Bereich von Episekunden) und der Geschwindigkeit der Datenerfassung bestimmt wird. Darüber hinaus kann ein Dual-Kamm-Laserradar Interferenzsignale erfassen, um eine Messgenauigkeit auf einer Subwellenlänge zu erreichen. Diese umfassenden Eigenschaften machen das Doppelkamm-Laserradar zu einer leistungsstarken Technologie.

Abbildung der Entfernungsmesssignale im Dual-Kamm-Laserradar. Die Entfernungsmessung wird alle 1/Δfᵣₑₚ wiederholt. Der Zeitintervall zwischen dem Zielpuls und dem Referenzimpuls kodiert die Entfernungsinformationen. Die Entfernung kann nur auf der Grundlage der Flugzeit bestimmt werden oder die optische Phase zur Optimierung der Entfernungsmessung verwendet werden.

Doppel-Kamm-Laserradar auf Basis eines Einkammer-Doppel-Kamm-Lasers

Die Verwendung eines Einkammer-Doppelkamm-Lasers in Doppelkamm-Laserradarsystemen ist entscheidend für die praktische Anwendung dieser Technologie. Durch die Einführung eines Einkammerdesigns wird das System kompakter, was ideal für die Integration in eine Vielzahl von Plattformen und Geräten ist. Der Einsatz einer einzigen Laserquelle eliminiert die komplexe Synchronisierung und vereinfacht die gesamte Systemarchitektur.

Darüber hinaus ist das Einkammer-Doppelkamm-Laserverfahren in der Produktion skalierbar. Durch die Vereinfachung des Designs ist der Herstellungsprozess effizienter und ermöglicht eine effiziente und kostengünstige Produktion von Doppelkamm-Laserradarsystemen. Diese Skalierbarkeit ist besonders wichtig für die breite Anwendung und Kommerzialisierung der Technologie.

Vorteile der präzisen Entfernungsmessung mit K2 Photonics

• Schnelle Scangeschwindigkeit

Der Einkammer-Doppelkammlaser ermöglicht hochauflösende Messungen mit schnelleren Aktualisierungsraten von bis zu 100 kHz und in Ausnahmefällen sogar nahe 1 MHz.

• Hohe Genauigkeit

Dual-Kamm-Laserradar Durch die optische Probenahme mit dem Zeitdehnfaktor bietet eine hervorragende Messgenauigkeit, um sicherzustellen, dass der Rückpuls mit einer Phytosekundengenauigkeit aufgezeichnet wird. Darüber hinaus verbessert die Verwendung optischer Phaseninformationen die Messgenauigkeit und ermöglicht eine genaue und detaillierte Entfernungsmessung.

• Kleine Größe
Kompakte Radarsysteme können mit kompakten Einkammer-Doppelkammlasern entwickelt werden, insbesondere bei Lasern, die mit einer Wiederholfrequenz von GHz oder höher arbeiten.

• Hohe Empfindlichkeit

Die kohärente Verstärkung der Schwingung im Doppelkamm-Laserradar ermöglicht eine hochempfindliche Detektion der Rückreflexe. Darüber hinaus erzeugen Lock-Form-Solid-State-Laser Laser mit ultraniedrigem Rauschen (RIN und Timing) bei hoher Frequenz, was eine hohe Empfindlichkeit und eine begrenzte Messung des Rauschens ermöglicht.