| /dokumenty/skolni/BP/DOC/SRC/glossaries.tex |
|---|
| 7,6 → 7,10 |
| \newacronym{DPSS}{DPSS}{Diode-pumped solid-state LASER} |
| \newacronym{DPSSFD}{DPSSFD}{Diode pumped solid state frequency-doubled LASER} |
| \newacronym{LASER}{LASER}{Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation} |
| \newacronym{MPE}{MPE}{maximum permissible exposure} |
| \newacronym{UAV}{UAV}{unmanned aerial vehicle} |
| \newacronym{FWHM}{FWHM}{Full width at half maximum} |
| \newacronym{VCSEL}{VCSEL}{Vertical Cavity Surface Emitting Laser} |
| \newacronym{CCD}{CCD}{Charge-coupled device} |
| \newacronym{CMOS}{CMOS}{Complementary metal–oxide–semiconductor} |
| \newacronym{SNR}{S/N}{Signal-to-noise ratio} |
| 17,6 → 21,7 |
| \newacronym{MD}{MD}{Monitor Diode} |
| \newacronym{LD}{LD}{LASER Diode} |
| \newacronym{KTP}{KTP}{Potassium titanyl phosphate ($KTiOPO_4$)} |
| \newacronym{KDP}{KDP}{Potassium dideuterium phosphate ($KD_2PO_4$)} |
| \newacronym{Nd:YVO}{Nd:YVO$_4$} {Neodymium-doped yttrium orthovanadate (Nd:YVO$_4$)} |
| \newacronym{Nd:YAG}{Nd:YAG} {Neodymium-doped yttrium aluminum garnet ($Nd:Y_3Al_5O_12$)} |
| \newacronym{Nd:YLF}{Nd:YLF} {Neodymium-doped yttrium lithium fluoride (LiYF$_4$)} |
| /dokumenty/skolni/BP/DOC/SRC/laserovy_vysilac.bib |
|---|
| 17,6 → 17,24 |
| howpublished = {\url{http://www.mlab.cz}} , |
| } |
| @misc{mlab_mrakomer, |
| title = {MRAKOMĚR 4}, |
| note = {[Online]. [cit. 2012-06-27]}, |
| howpublished = {\url{http://www.mlab.cz/PermaLink/MRAKOMER4}} , |
| } |
| Miniature Laser Rangefinders and Laser Altimeters |
| @techreport{MLR100, |
| author={Jon Geske, Michael MacDougal, Ron Stahl, Jeffrey Wagener, Donald R. Snyder}, |
| year={2010}, |
| institution={Aerius Photonics}, |
| title={Miniature Laser Rangefinders and Laser Altimeters}, |
| } |
| @misc{laser_pointer, |
| title = {Laser pointer, In Wikipedia, The Free Encyclopedia}, |
| note = {[Online]. [cit. 2012-05-28]}, |
| /dokumenty/skolni/BP/DOC/SRC/laserovy_vysilac.glo |
|---|
| 13,6 → 13,7 |
| \glossaryentry{APD?\glossaryentryfield{APD}{\glsnamefont{APD}}{Avalanche photodiode}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{5} |
| \glossaryentry{TDC?\glossaryentryfield{TDC}{\glsnamefont{TDC}}{Time to digital converter}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{5} |
| \glossaryentry{UV?\glossaryentryfield{UV}{\glsnamefont{UV}}{Ultraviolet (10 nm to 400 nm)}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{6} |
| \glossaryentry{MPE?\glossaryentryfield{MPE}{\glsnamefont{MPE}}{maximum permissible exposure}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{8} |
| \glossaryentry{FOV?\glossaryentryfield{FOV}{\glsnamefont{FOV}}{field of view}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{8} |
| \glossaryentry{S/N?\glossaryentryfield{SNR}{\glsnamefont{S/N}}{Signal-to-noise ratio}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{8} |
| \glossaryentry{DPSS?\glossaryentryfield{DPSS}{\glsnamefont{DPSS}}{Diode-pumped solid-state LASER}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{8} |
| 22,7 → 23,15 |
| \glossaryentry{ToF?\glossaryentryfield{TOF}{\glsnamefont{ToF}}{Time of flight}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{10} |
| \glossaryentry{Nd:YAG?\glossaryentryfield{Nd:YAG}{\glsnamefont{Nd:YAG}}{Neodymium-doped yttrium aluminum garnet ($Nd:Y_3Al_5O_12$)}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{11} |
| \glossaryentry{Nd:YVO$_4$?\glossaryentryfield{Nd:YVO}{\glsnamefont{Nd:YVO$_4$}}{Neodymium-doped yttrium orthovanadate (Nd:YVO$_4$)}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{11} |
| \glossaryentry{KDP?\glossaryentryfield{KDP}{\glsnamefont{KDP}}{Potassium dideuterium phosphate ($KD_2PO_4$)}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{13} |
| \glossaryentry{KTP?\glossaryentryfield{KTP}{\glsnamefont{KTP}}{Potassium titanyl phosphate ($KTiOPO_4$)}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{13} |
| \glossaryentry{DPSSFD?\glossaryentryfield{DPSSFD}{\glsnamefont{DPSSFD}}{Diode pumped solid state frequency-doubled LASER}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{13} |
| \glossaryentry{MPE?\glossaryentryfield{MPE}{\glsnamefont{MPE}}{maximum permissible exposure}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{14} |
| \glossaryentry{FOV?\glossaryentryfield{FOV}{\glsnamefont{FOV}}{field of view}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{14} |
| \glossaryentry{UAV?\glossaryentryfield{UAV}{\glsnamefont{UAV}}{unmanned aerial vehicle}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{14} |
| \glossaryentry{FWHM?\glossaryentryfield{FWHM}{\glsnamefont{FWHM}}{Full width at half maximum}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{14} |
| \glossaryentry{VCSEL?\glossaryentryfield{VCSEL}{\glsnamefont{VCSEL}}{Vertical Cavity Surface Emitting Laser}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{14} |
| \glossaryentry{FWHM?\glossaryentryfield{FWHM}{\glsnamefont{FWHM}}{Full width at half maximum}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{14} |
| \glossaryentry{MD?\glossaryentryfield{MD}{\glsnamefont{MD}}{Monitor Diode}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{16} |
| \glossaryentry{LD?\glossaryentryfield{LD}{\glsnamefont{LD}}{LASER Diode}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{16} |
| \glossaryentry{LD?\glossaryentryfield{LD}{\glsnamefont{LD}}{LASER Diode}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{16} |
| 37,27 → 46,35 |
| \glossaryentry{Nd:YAG?\glossaryentryfield{Nd:YAG}{\glsnamefont{Nd:YAG}}{Neodymium-doped yttrium aluminum garnet ($Nd:Y_3Al_5O_12$)}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{16} |
| \glossaryentry{Nd:YVO$_4$?\glossaryentryfield{Nd:YVO}{\glsnamefont{Nd:YVO$_4$}}{Neodymium-doped yttrium orthovanadate (Nd:YVO$_4$)}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{16} |
| \glossaryentry{Nd:YVO$_4$?\glossaryentryfield{Nd:YVO}{\glsnamefont{Nd:YVO$_4$}}{Neodymium-doped yttrium orthovanadate (Nd:YVO$_4$)}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{17} |
| \glossaryentry{SMA?\glossaryentryfield{SMA}{\glsnamefont{SMA}}{SubMiniature version A}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{20} |
| \glossaryentry{ToF?\glossaryentryfield{TOF}{\glsnamefont{ToF}}{Time of flight}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{33} |
| \glossaryentry{LRF?\glossaryentryfield{LRF}{\glsnamefont{LRF}}{Laser rangefinder}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{33} |
| \glossaryentry{TDC?\glossaryentryfield{TDC}{\glsnamefont{TDC}}{Time to digital converter}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{33} |
| \glossaryentry{LIDAR?\glossaryentryfield{LIDAR}{\glsnamefont{LIDAR}}{Light Detection And Ranging}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{33} |
| \glossaryentry{AFM?\glossaryentryfield{AFM}{\glsnamefont{AFM}}{Atomic force microscopy}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{33} |
| \glossaryentry{APD?\glossaryentryfield{APD}{\glsnamefont{APD}}{Avalanche photodiode}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{33} |
| \glossaryentry{DPSS?\glossaryentryfield{DPSS}{\glsnamefont{DPSS}}{Diode-pumped solid-state LASER}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{33} |
| \glossaryentry{DPSSFD?\glossaryentryfield{DPSSFD}{\glsnamefont{DPSSFD}}{Diode pumped solid state frequency-doubled LASER}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{33} |
| \glossaryentry{LASER?\glossaryentryfield{LASER}{\glsnamefont{LASER}}{Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{33} |
| \glossaryentry{CCD?\glossaryentryfield{CCD}{\glsnamefont{CCD}}{Charge-coupled device}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{33} |
| \glossaryentry{CMOS?\glossaryentryfield{CMOS}{\glsnamefont{CMOS}}{Complementary metal–oxide–semiconductor}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{33} |
| \glossaryentry{S/N?\glossaryentryfield{SNR}{\glsnamefont{S/N}}{Signal-to-noise ratio}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{33} |
| \glossaryentry{TDR?\glossaryentryfield{TDR}{\glsnamefont{TDR}}{Time-domain reflectometry}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{33} |
| \glossaryentry{UV?\glossaryentryfield{UV}{\glsnamefont{UV}}{Ultraviolet (10 nm to 400 nm)}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{33} |
| \glossaryentry{FOV?\glossaryentryfield{FOV}{\glsnamefont{FOV}}{field of view}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{33} |
| \glossaryentry{PCW?\glossaryentryfield{PCW}{\glsnamefont{PCW}}{Pulsed Continuous Wave}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{33} |
| \glossaryentry{MD?\glossaryentryfield{MD}{\glsnamefont{MD}}{Monitor Diode}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{33} |
| \glossaryentry{LD?\glossaryentryfield{LD}{\glsnamefont{LD}}{LASER Diode}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{33} |
| \glossaryentry{KTP?\glossaryentryfield{KTP}{\glsnamefont{KTP}}{Potassium titanyl phosphate ($KTiOPO_4$)}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{33} |
| \glossaryentry{Nd:YVO$_4$?\glossaryentryfield{Nd:YVO}{\glsnamefont{Nd:YVO$_4$}}{Neodymium-doped yttrium orthovanadate (Nd:YVO$_4$)}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{33} |
| \glossaryentry{Nd:YAG?\glossaryentryfield{Nd:YAG}{\glsnamefont{Nd:YAG}}{Neodymium-doped yttrium aluminum garnet ($Nd:Y_3Al_5O_12$)}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{33} |
| \glossaryentry{Nd:YLF?\glossaryentryfield{Nd:YLF}{\glsnamefont{Nd:YLF}}{Neodymium-doped yttrium lithium fluoride (LiYF$_4$)}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{33} |
| \glossaryentry{SMA?\glossaryentryfield{SMA}{\glsnamefont{SMA}}{SubMiniature version A}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{33} |
| \glossaryentry{DPSSFD?\glossaryentryfield{DPSSFD}{\glsnamefont{DPSSFD}}{Diode pumped solid state frequency-doubled LASER}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{17} |
| \glossaryentry{Nd:YAG?\glossaryentryfield{Nd:YAG}{\glsnamefont{Nd:YAG}}{Neodymium-doped yttrium aluminum garnet ($Nd:Y_3Al_5O_12$)}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{17} |
| \glossaryentry{Nd:YVO$_4$?\glossaryentryfield{Nd:YVO}{\glsnamefont{Nd:YVO$_4$}}{Neodymium-doped yttrium orthovanadate (Nd:YVO$_4$)}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{17} |
| \glossaryentry{SMA?\glossaryentryfield{SMA}{\glsnamefont{SMA}}{SubMiniature version A}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{22} |
| \glossaryentry{ToF?\glossaryentryfield{TOF}{\glsnamefont{ToF}}{Time of flight}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{35} |
| \glossaryentry{LRF?\glossaryentryfield{LRF}{\glsnamefont{LRF}}{Laser rangefinder}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{35} |
| \glossaryentry{TDC?\glossaryentryfield{TDC}{\glsnamefont{TDC}}{Time to digital converter}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{35} |
| \glossaryentry{LIDAR?\glossaryentryfield{LIDAR}{\glsnamefont{LIDAR}}{Light Detection And Ranging}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{35} |
| \glossaryentry{AFM?\glossaryentryfield{AFM}{\glsnamefont{AFM}}{Atomic force microscopy}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{35} |
| \glossaryentry{APD?\glossaryentryfield{APD}{\glsnamefont{APD}}{Avalanche photodiode}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{35} |
| \glossaryentry{DPSS?\glossaryentryfield{DPSS}{\glsnamefont{DPSS}}{Diode-pumped solid-state LASER}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{35} |
| \glossaryentry{DPSSFD?\glossaryentryfield{DPSSFD}{\glsnamefont{DPSSFD}}{Diode pumped solid state frequency-doubled LASER}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{35} |
| \glossaryentry{LASER?\glossaryentryfield{LASER}{\glsnamefont{LASER}}{Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{35} |
| \glossaryentry{MPE?\glossaryentryfield{MPE}{\glsnamefont{MPE}}{maximum permissible exposure}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{35} |
| \glossaryentry{UAV?\glossaryentryfield{UAV}{\glsnamefont{UAV}}{unmanned aerial vehicle}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{35} |
| \glossaryentry{FWHM?\glossaryentryfield{FWHM}{\glsnamefont{FWHM}}{Full width at half maximum}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{35} |
| \glossaryentry{VCSEL?\glossaryentryfield{VCSEL}{\glsnamefont{VCSEL}}{Vertical Cavity Surface Emitting Laser}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{35} |
| \glossaryentry{CCD?\glossaryentryfield{CCD}{\glsnamefont{CCD}}{Charge-coupled device}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{35} |
| \glossaryentry{CMOS?\glossaryentryfield{CMOS}{\glsnamefont{CMOS}}{Complementary metal–oxide–semiconductor}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{35} |
| \glossaryentry{S/N?\glossaryentryfield{SNR}{\glsnamefont{S/N}}{Signal-to-noise ratio}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{35} |
| \glossaryentry{TDR?\glossaryentryfield{TDR}{\glsnamefont{TDR}}{Time-domain reflectometry}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{35} |
| \glossaryentry{UV?\glossaryentryfield{UV}{\glsnamefont{UV}}{Ultraviolet (10 nm to 400 nm)}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{35} |
| \glossaryentry{FOV?\glossaryentryfield{FOV}{\glsnamefont{FOV}}{field of view}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{35} |
| \glossaryentry{PCW?\glossaryentryfield{PCW}{\glsnamefont{PCW}}{Pulsed Continuous Wave}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{35} |
| \glossaryentry{MD?\glossaryentryfield{MD}{\glsnamefont{MD}}{Monitor Diode}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{35} |
| \glossaryentry{LD?\glossaryentryfield{LD}{\glsnamefont{LD}}{LASER Diode}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{35} |
| \glossaryentry{KTP?\glossaryentryfield{KTP}{\glsnamefont{KTP}}{Potassium titanyl phosphate ($KTiOPO_4$)}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{35} |
| \glossaryentry{KDP?\glossaryentryfield{KDP}{\glsnamefont{KDP}}{Potassium dideuterium phosphate ($KD_2PO_4$)}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{35} |
| \glossaryentry{Nd:YVO$_4$?\glossaryentryfield{Nd:YVO}{\glsnamefont{Nd:YVO$_4$}}{Neodymium-doped yttrium orthovanadate (Nd:YVO$_4$)}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{35} |
| \glossaryentry{Nd:YAG?\glossaryentryfield{Nd:YAG}{\glsnamefont{Nd:YAG}}{Neodymium-doped yttrium aluminum garnet ($Nd:Y_3Al_5O_12$)}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{35} |
| \glossaryentry{Nd:YLF?\glossaryentryfield{Nd:YLF}{\glsnamefont{Nd:YLF}}{Neodymium-doped yttrium lithium fluoride (LiYF$_4$)}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{35} |
| \glossaryentry{SMA?\glossaryentryfield{SMA}{\glsnamefont{SMA}}{SubMiniature version A}{\relax }|setentrycounter{page}\glsnumberformat}{35} |
| /dokumenty/skolni/BP/DOC/SRC/laserovy_vysilac.pdf |
|---|
| Cannot display: file marked as a binary type. |
| svn:mime-type = application/octet-stream |
| /dokumenty/skolni/BP/DOC/SRC/laserovy_vysilac.tex |
|---|
| 99,9 → 99,15 |
| \includepdf[pages={1,2},landscape=false]{zadavaci_list.pdf} |
| \section*{Poděkování} |
| Konstrukce prototypů laserového vysílače byla realizovaná z prostředků firmy Universal Scientific Technologies s.r.o. |
| \pagebreak |
| \mbox{} |
| \vfill |
| Chtěl bych poděkovat všem, kteří mi umožnili realizovat tuto práci. Zvláště pak Ing. Josefu Blažeji, Ph.D. dále školiteli Prof. Ing. Ivanu Procházkovi, DrSc. A také mým rodičům a přátelům za inspiraci a trpělivost. |
| Konstrukce prototypů laserového vysílače byla pak realizována z prostředků firmy \\ |
| Universal Scientific Technologies s.r.o. |
| \pagebreak |
| \mbox{} |
| 315,8 → 321,10 |
| \subsection{Energie impulzu} |
| Energie výstupního impulzu je ideálně co největší, aby bylo dosaženo vysoké pravděpodobnosti zachycení některého zpětně odraženého fotonu v každém měření. Ale vzhledem k tomu, že je třeba brát ohled i na bezpečnostní rizika takového systému, tak je potřeba se držet bezpečných úrovní pro intenzity elektromagnetického záření. |
| Energie výstupního impulzu je ideálně co největší, aby bylo dosaženo vysoké pravděpodobnosti zachycení některého zpětně odraženého fotonu v každém měření. Ale vzhledem k tomu, že je třeba brát ohled i na bezpečnostní rizika takového systému, tak je potřeba se držet bezpečných úrovní pro intenzity elektromagnetického záření, které předepisuje norma IEC/EN 60825-1. |
| Která pro vlnovou délku 532nm a impulz délky 100ns specifikuje \gls{MPE} jako 0,75uJ/cm$^2$. |
| Vysílač tedy musí být konstruovaný tak, aby výstupní svazek (který bude v našem případě směřovat svisle do atmosféry) měl dostatečně malou hustotu energie, aby nebyla nebezpečná pro letecký provoz a ideálně ani pro případné živočichy pohybující se nad laserovým měřičem. |
| \subsection{Divergence a parametry svazku ve vzdálené zóně} |
| 389,7 → 397,7 |
| \section{Fyzikální model laserového vysílače} |
| K zachycení dějů v aktivním prostředí je zajímavé pokusit se o numerické namodelování laseru. Vzhledem, tomu, že jde převážně o materiálové a těžko měřitelné jevy je přesné modelování obtížné, přesto bude nastíněn postup, který může tento problém řešit. |
| K zachycení dějů v aktivním prostředí je zajímavé pokusit se o numerické namodelování laseru. Ale vzhledem, tomu, že jde převážně o materiálové a těžko měřitelné jevy je přesné modelování obtížné, přesto bud nastíněn postup, který může tento problém řešit. |
| \subsection{Rychlostní rovnice} |
| \label{rychlostni_rovnice} |
| 457,8 → 465,31 |
| \subsection{Generace druhé harmonické} |
| Samotná generace druhé harmonické je nelineárním jevem, v materiálu krystalu |
| Samotná generace druhé harmonické je nelineárnímn optickým jevem, v materiálu konverzního krystalu. Nejčastěji se využívají materiály \acrshort{KDP} nebo \acrshort{KTP}. Pro akceptovatelnou konverzní učinnost je však třeba dosáhnout velkých intenzít budícího záření (řádově desítky MW/cm$^2$) \cite{koechner}. Splnění takové podmínky mimo laserový resonátor není jednoduché, proto se u \acrshort{DPSSFD} modulů umisťuje konverzní krystal přímo do laserového oscilátoru společně s aktivnm prostředím. Zrcadla rezonátoru jsou pak vyrobena tak, aby budící záření 1064nm unikalo z rezonátoru jenom v minimální míře. A výstupní zrcadlo pak naopak má ideální propustnost pro zkonvertované záření 532nm. |
| Učinnost konverze budícího záření na druhou harmonickou pak závisí na několika proměnných podle vztahu. |
| \begin{equation} |
| \frac{P_{2\omega}}{P_{\omega}} = tanh^2 \left[ lK^{\frac{1}{2}} |
| \left( \frac{P_{\omega}}{A} \right)^{\frac{1}{2}} |
| \frac{sin \Delta kl/2}{\Delta kl/2} \right] |
| \end{equation} |
| Kde $K = 2 Z^3 \omega_1 d_{eff}$ |
| \begin{description} |
| \item[$P_{2\omega}$] - Výkon vygenerované druhé harmonické vlny |
| \item[$P_\omega$] - Výkon budící vlny |
| \item[$\omega_1$] - Úhlová frekvence budící vlny |
| \item[$Z$] - Impedance $\sqrt{ \mu _0 / \varepsilon _0 \varepsilon}$ |
| \item[$l$] - délka konverzního krystalu |
| \item[$A$] - plocha budícího svazku |
| \item[$\Delta k$] - rozdíl vlnových čísel $ \frac{4 \pi}{\lambda _1} (n_ \omega - n_ {2\omega}) $ |
| \end{description} |
| V sestaveném laserovém systému je většina parametrů fixních kromě rozdílu vlnových čísel (rozfázování svazků) $\Delta k$ který je značně závislý na teplotě. \cite{koechner} |
| \begin{comment} |
| 486,22 → 517,22 |
| \section{Dosavadní řešení problému} |
| Existuje již mnoho typů meteorologických přístrojů určených k měření výšky základny oblačnosti. Například jsou to laserové ceilometry \footnote{První optické ceilometry využívaly trianguační metodu měření vzdálenosti, kde byla oblačnost nasvětlována výkonným reflertorem.} Vaisala CL51 a CL31 oba využívají jako vysílač polovodičovou InGaAs diodu pracující na vlnové délce 910 nm. Detektor a vysílač mají koaxiální optiku s jednou společnou vnější čočkou. Energii ve výstupním impulzu výrobce neudává, ale zařízení je deklarováno jako Class 1M IEC/EN 60825-1. Roslišení přístroje je 5m. |
| Existuje již mnoho typů meteorologických přístrojů určených k měření výšky základny oblačnosti. Například jsou to laserové ceilometry \footnote{První optické ceilometry využívaly trianguační metodu měření vzdálenosti, kde byla oblačnost nasvětlována výkonným reflertorem.} Vaisala CL51 a CL31 oba využívají jako vysílač polovodičovou InGaAs diodu pracující na vlnové délce 910 nm. Detektor a vysílač mají koaxiální optiku s jednou společnou vnější čočkou. Roslišení přístroje je 5m. Energii ve výstupním impulzu výrobce neudává, ale zařízení je deklarováno jako Class 1M IEC/EN 60825-1. Což znamená, že bezpečnosti je v tomto případě dosahováno zvětšením průřezu svazku tak, že hodnota \gls{MPE} nepřekročí limit 1uJ/cm$^2$ při délce impulzu 10ns. |
| Všechny tyto profesionální řešení mají pro použití v kombinaci s robotickým dalekohledem společnou nevýhodu, že jejich cena je srovnatelná, nebo vyšší než hodnota dalšího vybavení robotizované observatoře. Tím pádem se pro tuto aplikaci stávají nedostupné. |
| Tato profesionální řešení mají pro použití v kombinaci s robotickým dalekohledem společnou nevýhodu, že jejich cena je srovnatelná, nebo vyšší než hodnota dalšího vybavení robotizované observatoře. Tím pádem se pro tuto aplikaci stávají nedostupné. |
| Proto bylo v minulosti speciálně pro aplikaci zabezpečení automatických teleskopů před poškozením možnými srážkami vyvinuto již několik přístrojů většinou pracujících na principu pasivní detekce termálního IR záření generovaného povrchem Země a odraženého od případné oblačnosti v atmosféře. Tato metoda, je velmi spolehlivá a používá se na mnoha automatických observatořích po celém světě. Má však ale díky svému pasivnímu principu nedostatky způsobené jednak roční variabilitou teplot a také geografickou polohou, proto vyžaduje poměrně dlouhotrvající kalibraci zařízení na lokální podmínky. Další nevýhodou, je pak také malé prostorové rozlišení. Například senzor MRAKOMĚR 4 má \acrshort{FOV} 40$^\circ$ což způsobuje koplikace při některých meteorologických situacích, kdy se například nad observatoří vyskytuje hustá kumulovitá oblačnost avšak místy obsahující trhliny, kterými by bylo možné potenciálně některé astronomické jevy ještě pozorovat. |
| Proto bylo v minulosti speciálně pro aplikaci zabezpečení automatických teleskopů před poškozením možnými srážkami vyvinuto již několik přístrojů většinou pracujících na principu pasivní detekce termálního IR záření generovaného povrchem Země a odraženého od případné oblačnosti v atmosféře. Tato metoda, je velmi spolehlivá a používá se na mnoha automatických observatořích po celém světě. Má však ale díky svému pasivnímu principu nedostatky způsobené jednak roční variabilitou teplot a také geografickou polohou, proto vyžaduje poměrně dlouhotrvající kalibraci zařízení na lokální podmínky. Další nevýhodou, je pak také malé prostorové rozlišení. Například senzor MRAKOMĚR 4 \cite{mlab_mrakomer} má \acrshort{FOV} 40$^\circ$ což způsobuje koplikace při některých meteorologických situacích, kdy se například nad observatoří vyskytuje hustá kumulovitá oblačnost avšak místy obsahující trhliny, kterými by bylo možné potenciálně některé astronomické jevy ještě pozorovat. |
| \subsection{Jiné pulzní dálkoměry} |
| \subsection{Jiné ToF dálkoměry} |
| \subsection{Moderní laserové vysílače} |
| Polovodičové diody, pevnolátkové lasery |
| Značné množství podobných konstrukcí využívá ke generaci laserového impulzu Q-spínaný pevnolátkový laser, nebo pulzně buzenou polovodičovou diodu. |
| Například jeden z nejmenších komerčních dálkoměrů \cite{MLR100} určený pro využítí v \acrshort{UAV} systémech generuje impulz o délce 15ns \acrshort{FWHM} pomocí polovodičového systému \gls{VCSEL}, elektronický pulzer využívá lavinového průrazu tranzistoru a generuje špičkové proudy až 100A. Špičkový výkon laserového pulzu pak je 64W v prostorovém úhlu 14$^\circ$ \acrshort{FWHM}. |
| \chapter{Řešení} |
| \section{Konstrukce DPSSFD modulu} |
| 529,18 → 560,27 |
| \subsection{Aktivní prostření a konverzní krystal} |
| Aktivním prostředím v laserovém modulu je obvykle krystal \acrshort{Nd:YVO} kombinovaný s konverzním krystalem \acrshort{KTP} do bloku o rozměrech 1x1x3mm, který je přímo nalepený na mosazném držáku zajišťujícím odvod tepla. Přes tento krystal je našroubovaný další mosazný díl, který obsahuje expanzní čočku a IR filtr. Je možné, že tento prostřední díl společně s čočkou funguje částečně jako čerpací dutina. Protože při jeho odmontování byl pozorován pokles intenzity výstupního záření. |
| Aktivním prostředím v laserovém modulu je obvykle krystal \acrshort{Nd:YVO} kombinovaný s konverzním krystalem \acrshort{KTP} do bloku o rozměrech 1x1x3mm, který je přímo nalepený na mosazném držáku zajišťujícím odvod tepla. Přes tento držák krystalu je našroubovaný další mosazný díl, který obsahuje expanzní čočku a IR filtr. Je možné, že tento prostřední díl společně s čočkou funguje částečně jako čerpací dutina. Protože při jeho odmontování byl pozorován pokles intenzity výstupního záření. |
| U starších konstrukcí laserových ukazovátek může být konverzní krystal \acrshort{KTP} oddělený a aktivní prostředí je pak tvořeno samostatným krystalem \acrshort{Nd:YAG} nebo výjimečně \acrshort{Nd:YLF} \cite{laser_pointer} |
| Použití aktivního prostředí \acrshort{Nd:YVO} je výhodné díky 5x většímu účinnému průřezu stimulované emise, který je větší, než u \acrshort{Nd:YAG} zároveň je také silné široké absorpční čáře, takže modul může pracovat při větším rozsahu teplot. I přes tyto parametry a fakt, že aktivní materiál \acrshort{Nd:YVO} byl objeven už v roce 1966, tak byly velkou překážkou jeho použití problémy s růstem krystalů dostatečné velikosti vhodné pro výbojkové čerpání. Tento problém se však podařilo překonat koherentním čerpáním polovodičovými laserovými diodami. Kde se navíc využívá silné absorpce čerpacího záření v materiálu, takže stačí krystaly velké pouze několik milimetrů \cite{koechner}. |
| Použití aktivního prostředí \acrshort{Nd:YVO} je však výhodné díky většímu účinnému průřezu stimulované emise, který je 5x větší, než u \acrshort{Nd:YAG} zároveň má také širší absorpční čářu, takže modul může pracovat při větším rozsahu teplot. I přes tyto parametry a fakt, že materiál \acrshort{Nd:YVO} byl objeven už v roce 1966, byly velkou překážkou jeho širokého použití problémy s růstem krystalů dostatečné velikosti vhodné pro výbojkové čerpání. Tento problém se však již z velké části podařilo překonat koherentním čerpáním polovodičovými laserovými diodami, kde se navíc využívá silné absorpce čerpacího záření v materiálu, takže stačí krystaly o rozměrech pouze několik milimetrů \cite{koechner}. |
| \begin{figure}[htbp] |
| \includegraphics[width=150mm]{./img/grafy/NdYVO_absorption.png} |
| \caption{Výstupní výkon \acrshort{Nd:YVO} laseru v závislosti na teplotě diody a vlnové délce \cite{koechner}.} |
| \caption{Výstupní výkon typického \acrshort{Nd:YVO} laseru v závislosti na teplotě diody a vlnové délce \cite{koechner}.} |
| \label{laser_module_original_circuit} |
| \end{figure} |
| Ze zmámých rozměrů krystalu je také možné se pokusit o odhad bilance extrahovatelné energie z ideálně načerpaného krystalu. Samotné aktivní prostředí z bloku 1x1x3mm v \gls{DPSSFD} modulu tvoří přibližně 1/3 tedy 1mm$^3$. Pokud předpokládáme 1\% dopaci. Tak 1mm$^3$ obsahuje přibližně $N =1,38 \times 10^{17}$ aktivních atomů Nd. Z energie fotonu vlnové délky $\lambda = 1064$nm pak podle vztahu \ref{energie_krystal} odhadneme, že maximální energie $E_k$ extrahovatelná z krystalu \acrshort{Nd:YAG} nebo \acrshort{Nd:YVO} je $\sim$ 26 [mJ]. |
| \begin{equation} |
| E_k = E_{pho} N = \frac{hc}{\lambda} N |
| \label{energie_krystal} |
| \end{equation} |
| Tato hodnota sice určitě není za běžných podmínek dosažitelná nicméně dává představu o limitech pevnolátkového laseru v modulu. |
| \subsection{Kolimace výstupního svazku a výstupní IR filtr} |
| Výstupní záření vycházející z optického rezonátoru je ideálně pouze 532nm, které je kolimováno do výstupního svazku s divergencí menší než 0,5mrad. |
| 701,7 → 741,7 |
| \hline |
| Parametr & hodnota & \\ \hline |
| Střední výkon [uW] & 320 & \\ |
| Průměrná energie v impulzu [nJ] & 4,3--5,7 & \\ |
| Energie v impulzu [nJ] & 4,3--5,7 & \\ |
| Opakovací frekvence [kHz] & 56--74 & \\ |
| Divergence výstupního svazku [mrad] & 0,3x0,2 & \\ |
| \hline |
| 711,12 → 751,12 |
| \end{table} |
| \subsection{Pulsní budič laserové diody} |
| \subsection{Pulzní budič laserové diody} |
| \begin{figure}[htbp] |
| \includegraphics[width=150mm]{./img/vysilac.png} |
| \caption{Koncepce použití navrženého pulsního budiče.} |
| \caption{Koncepce použití navrženého pulzního budiče.} |
| \label{MLAB_LRF} |
| \end{figure} |
| 774,7 → 814,7 |
| Tento výsledek může být například užitečný, k laboratornímu testování některých experimentálních senzorů. Je ale ovšem třeba vybrat vhodný modul pro daný experiment. |
| \subsection{Možnosti dalšího vylepšení} |
| \subsection{Možnosti dalšího vývoje} |
| Způsob modifikace laserového ukazovátka do podoby vhodné pro laserový dálkoměr byl v průběhu práce prozkoumán již dostatečně. Avšak pro další vývoj zařízení jsou možnosti stále rozsáhlé. Některé předpokládané koncepční problémy jsou diskutovány v následujících odstavcích. |