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Q开关激光器中的抖动(Jitter)

发布时间:2023-02-02 11:10:56 浏览量:1778 作者:Bright

摘要

在主动Q开关激光器中,脉冲激光的输出是由用户控制的,因此,如果不提供适当的输入信号,就不会有激光脉冲发射。由于触发信号的传播需要通过各类电子元件以及Q开关传播链,加之建立谐振所需的时间。则不可避免的会在外部触发信号和激光器实际发生的脉冲之间产生一个时间延迟(Td)。而这个时间延迟会出现波动和漂移。这个时间延迟的统计变化量,则称作时间抖动(Tj)。

正文


Q开关激光器中的抖动(Jitter)


主动Q开关(Q-switch)的触发信号与实际光脉冲之间存在一个时间延迟。


时间延迟的统计变化主要取决于以下因素:

- 触发链中的电噪声

- 触发链电气参数的脉冲对脉冲波动

- 激光脉冲建立的时间和相关波动。

- 触发信号的上升-下降沿时间曲线的波动

 

由于抖动现象,时间延迟在统计学的意义上被改变了。因此激光发射在一段时间内的扰动,由平均时间延迟Td和一个标准偏差值Tj所描述。即每100个脉冲中有68.2个在时间间隔 Td±Tj内发生(1倍标准差)。


意大利Bright Solutions公司的激光器,如Onda、Wedge和Vento,配有 "低抖动 "配置,以便尽量减少时间抖动Tj(在某些情况下是激光脉冲宽度的1/10或甚至1/20)。


这个选项在飞行时间(TOF)测量等应用中非常有用。在这些应用中激光脉冲主要用于测量固定或移动目标的距离。将激光脉冲引向目标后,光学探测器收集从目标上反射或反向散射的光子,而检测电子装置则计算从目标上发射光子之间的时间。考虑到电磁波在空气中的速度约为3×108米/秒,3纳秒脉冲可实现的线性空间分辨率(r)的数量级如下:



图1.TOF测量


将激光器配置在 "低抖动 "模式下,我们可以将3ns脉冲宽度的激光器的Tj降低到±200ps或更低。因此,误差可以减少五倍,达到3厘米。


下图的示波器截图显示了Bright Solutions 2.7ns长的抖动测量的示例——低抖动(Low-Jitter)的机载LiDAR照明器的抖动测量。蓝色的曲线是触发IN信号,而绿色的曲线是快速光电二极管检测到的激光脉冲。Q开关激光脉冲相对于触发输入信号的上升沿的延迟的标准偏差就是抖动(jitter)。平均延迟Td是215ns,抖动Tj是171ps。这相当于大约1/16的激光脉冲宽度。


图2.示波器+高速光电探测器测量的jitter


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