Як лазери вимірюють короткі відстані (<1 см), коли електроніка занадто повільна, щоб час роботи польоту працював?

Мені було цікаво, як датчики LIDAR здатні вимірювати відстані менше 2 мм. Я не бачу, як вони можуть це зробити.

Швидкість світла становить 300 000 000 м / с, тому час у зворотному напрямку повинен бути в межах 14ps, що значно перевищує можливості сучасної електроніки (> 71 ГГц).

То як вони це роблять?

На 2 мм час польоту не використовується. Інтерферометрія є. На відміну від часу польоту, який може реально визначати лише відстань (і швидкість опосередковано), інтерферометрію можна використовувати для вимірювання багатьох інших властивостей і має набагато більшу швидкість вибірки. За цим принципом було зроблено деякі дивовижні речі, зокрема ЛІГО або перевірити вплив сили тяжіння Землі на швидкість фотонів, що рухаються на Землю та віддаляються від неї. Або підслуховувати когось поза будинком, вимірюючи коливання чогось у кімнаті.

Інтерферометрія найбільш безпосередньо вимірює швидкість. Трохи менш просто вимірювати відстань.

Ви можете грати з цим самостійно досить просто (доки у вас є осцилоскоп), використовуючи техніку самозмішування, яка вимагає лазерного діода з вбудованим монітором, інакше вам потрібно багато дорогої оптики, яка потім ставить її поза досяжності типовий хобі.

Це супер круто. Спробуйте спробувати. Необхідні лазерні діоди із вбудованим фотодіодом можна придбати за кілька доларів (1/10 від звичайної ціни), якщо ви подивитеся на надлишкові електронні магазини на зразок Jameco, а не на місця, наприклад, Mouser або Digikey. Просто переконайтеся, що перевірте таблицю даних, щоб переконатися, що всередині є фотодіод. Ви також не хочете, щоб лазерний модуль, який вже може бути провідним для моніторингу фотодіоду, підтримував постійну оптичну потужність, оскільки вам потрібен доступ до лазерного діода.

Відео демонстрація неспеціаліста: https://www.youtube.com/watch?v=MUdro-6u2Zg

Папір, яка має набагато більше сенсу після перегляду відео, якщо ви ще не знаєте: http://sci-hub.tw/http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1464-4258/ 4/6 / 371 / PDF , який також можна прочитати в semanticscholar.org і paywalled тут . Джуліані та ін. Дж. Опт. A: Чистий додаток. Опт. 4 (2002) S283 – S294

Хоча ця відповідь каже, що "інтерферометри", вони рахують лише бахрому, вони не вимірюють абсолютних відстаней. Ви можете перемістити щось і порахувати межі та його дроби та сказати "переміщено на 42 довжини хвилі" та перевірити тиск повітря та вологість повітря та оцінити поточну довжину хвилі у повітрі, але ви не можете використати, щоб сказати, що вона переміщена з 2 мм до 2 мм плюс 42 довжини хвилі.

Існують інтерферометри з подвійною хвилею, які можуть спробувати вирішити цю неоднозначність, але часто виникають інші неоднозначності.

При вимірюванні відстаней від міліметра до метра за допомогою лазера часто застосовується лазерний датчик переміщення . Це посилання та три нижче посилання пояснюють принцип.

Лазерний промінь забезпечує колімаційний промінь світла, а чистота довжини хвилі не має головного значення, за винятком того, що ви можете використовувати фільтр для блокування сильного навколишнього світла. Він проектує орієнтовно 1 мм пляму до своєї цілі на великій відстані та використовує лінзу для візуалізації та 1D або 2D датчик зображення з перегляду положення, зміщеного від променя.

Лазер часто імпульсує, а пари зображень "увімкнено" та "вимкнено" можна відняти для подальшого посилення лазерної плями відносно скупчення зображення.

Зсув уздовж датчика відповідає переміщенню, поданому від блоку. Після того, як він буде обережно нульовий, ви можете вимкнути його та пізніше виміряти абсолютну відстань до іншого об'єкта, навіть якщо руху немає. Це набагато зручніше, ніж підрахунок бахроми з інтерферометром, де вам потрібно завжди починати з нуля, а потім moooooooove весь шлях до остаточного положення, рахуючи бахроми по всьому шляху.

У цьому коментарі згадується когерентна томографія, і це ще одне безконтактне, оптичне, абсолютне вимірювання відстані. Але, як правило, не використовують лазери.

Джерело

Джерело та джерело