激光雷達(dá)技術(shù)正被積極應(yīng)用于越來越多的不同應(yīng)用，從汽車、機(jī)載地形測繪、安全到農(nóng)業(yè)和工業(yè)。大多數(shù)這些應(yīng)用需要激光二極管發(fā)射峰值功率為幾瓦甚至千瓦的短脈沖（低至納秒），以實(shí)現(xiàn)高空間激光雷達(dá)測量解決方案和長檢測范圍。尤其是像閃光激光雷達(dá)系統(tǒng)這樣的新技術(shù)，是基于飛行時間測量的，其優(yōu)點(diǎn)是不需要光束掃描儀，因?yàn)橹挥幸粋€發(fā)散度很大的短激光脈沖用于覆蓋整個場景。然后可以通過回波光的測量立即恢復(fù)遇到的物體的深度，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)境的實(shí)時 3D 測繪 [1]。

      對于此類任務(wù)，常用的半導(dǎo)體技術(shù)是垂直腔表面發(fā)射激光器 ( VCSEL )。這些通常顯示出具有高發(fā)散度的橢圓形光束輪廓，可以通過在激光二極管前面使用光學(xué)器件來進(jìn)行調(diào)整。為了對 VCSEL（以及此類 LiDAR 源）進(jìn)行完整的時間表征，僅平均功率是不夠的。此外，脈沖寬度、脈沖形狀、脈沖頻率和峰值功率等特性也很重要。

      脈沖寬度

      脈沖寬度對應(yīng)于目標(biāo)空間分辨率（垂直或水平，取決于掃描軌跡）。較短的脈沖導(dǎo)致較高的空間分辨率，因此通常是理想的。然而，探測器部分必須能夠處理如此短的脈沖以及通常產(chǎn)生的低信號。

      脈沖形狀

      這里最重要的參數(shù)是脈沖是高斯形狀的。如果出現(xiàn)任何不同的脈沖形狀，LiDAR 的結(jié)果將不可靠（參見 [2]）。例如，如果由于控制電子設(shè)備中的錯誤而導(dǎo)致脈沖顯示雙峰，則激光雷達(dá)的測量將具有更高的不確定性。

      脈沖頻率/脈沖重復(fù)率

      為了在不降低掃描速度的情況下提高激光雷達(dá)系統(tǒng)的采樣率，提高脈沖的重復(fù)率是一個明智的選擇。系統(tǒng)已經(jīng)從過去的kHz范圍發(fā)展到現(xiàn)在的MHz范圍。

      峰值功率

      峰值功率越高，反射信號越強(qiáng)，從而使激光雷達(dá)系統(tǒng)的測量距離更遠(yuǎn)。另一個效果是即使是低反射材料/物體也可以被檢測到。這導(dǎo)致高峰值功率成為目標(biāo)。然而，仍然需要保證眼睛安全，這限制了大多數(shù)應(yīng)用可以使用的最大值。

      經(jīng)典激光功率測量

      對于平均功率和脈沖能量的經(jīng)典測量，請參閱我們關(guān)于激光功率測量的文章。

      高速激光測量

      Gigahertz-Optik為上述高速激光器提供不同類型的測量解決方案，覆蓋200 nm – 1800 nm的波長范圍，其中包括主要使用的波長，如532 nm、905 nm、940 nm、1064 nm和1550 nm。此外，我們能夠提供針對不同機(jī)械尺寸、光束輪廓、時域的解決方案，甚至是定制解決方案，包括具有最低校準(zhǔn)不確定性的可追溯校準(zhǔn)。  

      1550 nm 為 LiDAR 設(shè)備提供了潛在的“人眼安全波長”（參見 DIN 60825 和 [3]）以及具有成本效益的高功率。此外，它在有霧的情況下也具有優(yōu)勢，因?yàn)樗灰妆凰铡Ｒ虼?，該波長變得越來越重要。然而，探測器技術(shù)更具挑戰(zhàn)性，因?yàn)樾枰?InGaAs 傳感器通常像素和分辨率較低。例如，532 nm 通常用于繪制海底地圖，因?yàn)榕c較高波長相比，它在水中的傳輸率要低得多，并且對于此應(yīng)用，可見激光是可以接受的，但自動駕駛汽車則不然。盡管如此，1064 nm 是目前最常用的波長。原因是它仍然屬于具有所有優(yōu)點(diǎn)的硅傳感器范圍。

      我們在激光表征方面的優(yōu)勢一覽：

       ?準(zhǔn)確且可追蹤的激光功率/能量測；

       ?脈沖特性/脈沖波形；

       ?外部光譜輻射計(jì)的激光光譜；

       ?適用于不同幾何形狀、發(fā)散度等的激光產(chǎn)品系列。

      在以下部分中，我們將展示標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品目錄中的產(chǎn)品選擇，從具有中等掃描頻率的小型一體式設(shè)備開始，一直到集成積分球直至具有不同直徑的超快積分球系統(tǒng)。我們還提供定制解決方案。請聯(lián)系我們！

      高速組合積分球和外部檢測器系統(tǒng)（高達(dá) 21 kHz）

      如果脈沖寬度在微秒 (μs) 或毫秒 (ms) 范圍內(nèi)，則可以使用單個光電二極管設(shè)置直接進(jìn)行 ISO 17025 可追蹤輻射功率測量和波形表征。

PLL-1701 高速雙輸入驗(yàn)光儀

      為此，Gigahertz-Optik 開發(fā)了一種上升時間低至 16 μs 的高速跨阻放大器，稱為 PLL-1701。這對應(yīng)于測量的 21 kHz 帶寬。

      PLL-1701 可通過其 BNC 連接器與外部檢測器配合使用，以兼容Gigahertz-Optik 的全系列光測量檢測器。此外，它還提供帶有集成小型積分球的直接 FC 光纖輸入。安裝在球體上的二極管覆蓋 400 nm – 1550 nm 的波長范圍，因此也包括所有相關(guān)的激光波長。這意味著可以在自由空間設(shè)置中直接耦合到球體中的光纖耦合源或激光器可以直接測量，無需任何其他附件。

      外部檢測器以及內(nèi)部積分球可以使用線性放大器和對數(shù)放大器來讀取。單級對數(shù)放大器使 PLL-1701 能夠測量高動態(tài)信號，而無需切換量程。線性放大器的優(yōu)點(diǎn)是其卓越的線性度和由多個增益范圍提供的高動態(tài)范圍。憑借這種靈活性，PLL-1701 為許多不同類型的應(yīng)用提供可追蹤的結(jié)果，涵蓋較大的波長范圍和脈沖屬性的選擇。

      采用雙二極管技術(shù)的高速積分球（高達(dá) 0.1 GHz）

      對于超短脈沖和低納秒范圍內(nèi)（例如8納秒）的脈沖長度，不可能用一個光電二極管直接測量脈沖形狀（波形）和輻射脈沖功率（W），因?yàn)闆]有合適的光電二極管可用。該限制基本上是由跨阻放大器的上升時間（通常是低微秒范圍）與光電二極管的響應(yīng)時間和響應(yīng)率相結(jié)合給出的。

      小光電二極管（有源區(qū)域）提供非常短的響應(yīng)時間，但需要高放大倍數(shù)才能生成可測量的信號。如果跨阻放大器與光電二極管一樣快或使用較慢的跨阻放大器來降低噪聲，這通常會導(dǎo)致較大的噪聲。兩者都不能令人滿意地滿足應(yīng)用程序的需求。

      為了克服這一限制，我們提供了所謂的雙二極管技術(shù)高速積分球。這意味著兩個獨(dú)立的光電二極管安裝在單個積分球上。

      經(jīng)過 ISO 17025 校準(zhǔn)的光電二極管使用脈沖展寬方法測量脈沖能量（參見附錄 42）。這樣可以實(shí)現(xiàn)低噪聲的精確激光功率和激光能量測量。

      此外，還使用上升時間在 ns 范圍內(nèi)的小型快速光電二極管，用于測量入射光的相對信號形狀（波形），為使用示波器或其他放大器提供 50 歐姆 BNC 輸出。通過將該時間分布與第一光電二極管的絕對結(jié)果相結(jié)合，可以在數(shù)學(xué)上確定絕對脈沖形狀，因此可以用這樣的系統(tǒng)來充分表征脈沖。

      為此，Gigahertz-Optik 推出了ISD-xx-SP （SP = 形狀和功率）產(chǎn)品系列。它包含不同尺寸的積分球（標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品直徑范圍為 16 毫米至 100 毫米），這些積分球配備了前面提到的雙二極管技術(shù)，可全面表征短脈沖以及發(fā)散激光脈沖。不同的球體尺寸和輸入端口有助于覆蓋激光二極管的所有尺寸和視場。

ISD-1.6-SP-Vxx輻射功率測量檢測器

      16 mm 硫酸鋇積分球，帶 5 mm 或 7 mm 輸入端口。如果按照 進(jìn)行眼睛安全評估，則需要 7 毫米入口。整個系統(tǒng)基于精密加工的緊湊型 CNC 外殼。此外，還提供兩個 SMA 輸出，用于光譜測量等（請參閱我們的光譜照度計(jì)、UV-VIS-NIR 光譜輻射計(jì)）?？筛鶕?jù)要求進(jìn)行定制調(diào)整。

ISD-5P-SP光功率計(jì)檢測器

      50 mm ODM98 積分球，具有 10 mm 輸入端口，適用于中等尺寸激光直徑的應(yīng)用。第三個端口可配置不同的選項(xiàng)，例如用于光譜測量的另一個探測器或光纖輸出（請參閱我們的光譜照度計(jì)、UV-VIS-NIR 光譜輻射計(jì)）。

ISD-10P-SP輻射功率測量的檢測器

      100 mm ODM98 積分球，具有 20 mm 輸入端口，適用于大光源直徑的應(yīng)用。第三個端口可配置不同的選項(xiàng)，例如用于光譜測量的另一個探測器或光纖輸出（請參閱我們的光譜照度計(jì)、UV-VIS-NIR 光譜輻射計(jì)）。

      為了支持您使用合適的探測器來表征您的脈沖激光源，請與我們聯(lián)系。我們在積分球設(shè)計(jì)和光/激光測量方面擁有超過 25 年的經(jīng)驗(yàn)，可以支持您找到適合您應(yīng)用的正確探測器設(shè)置，或者與您一起制定完美且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的定制解決方案。

      校準(zhǔn)

      對于任何類型的輻射激光功率測量，校準(zhǔn)對于最終結(jié)果的準(zhǔn)確性都起著關(guān)鍵作用。換句話說，值得信賴的低校準(zhǔn)不確定度非常重要。在這方面，我們提供由DAkkS ISO 17025 認(rèn)可的校準(zhǔn)和測試實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的校準(zhǔn)。這意味著流程中應(yīng)用了 ISO 17025 的最高標(biāo)準(zhǔn)，以確保我們校準(zhǔn)的可靠性和可追溯性。所有校準(zhǔn)均可直接追溯到 PTB、德國 NMI 或類似的 NMI。我們的校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室涵蓋 200 nm – 2500 nm 的波長范圍。