WebSVN – svnkaklik – Diff – /dokumenty/skolni/BP/DOC/SRC/laserovy_vysilac.tex

 Laserový dálkoměr je zařízení, které je schopno měřit vzdálenost objektu odrážejícího záření optických vlnových délek. Tyto objekty mohou být velmi různorodého charakteru a dálkoměr je pak v principu schopen měřit pevné, kapalné nebo i plynné struktury, případně i jejich kombinace.
 Možnosti jeho aplikace jsou proto velmi rozsáhlé od zaměřování a mapování topografie terénu přes vytváření přesných tvarových modelů malých předmětů až po jeho použití v meteorologii, nebo pro vojenské aplikace.
-\subsection{Princip měření vzdálenosti}
+\subsection{Principy měření vzdálenosti}
-Základním principem LASERových dálkoměrů je změření nějaké modifikace signálu odraženého od předmětu a známého signálu vyzářeného vysílačem. Existuje několik používaných metod, které umožňují tento obecně slabý jev změřit.
+Základním principem LASERových dálkoměrů je změření nějaké vlastnosti signálu odraženého od předmětu a známého signálu vyzářeného vysílačem. Existuje k tomu několik používaných metod.
 \begin{itemize}
 \item Měření geometrického posunu stopy laseru na předmětu
 \item Měření fázového posunu přijímaného a vysílaného signálu
 \item Měření časového zpoždění vyslaného a odraženého fotonu (TIME-OF-FLIGHT measurement).
 \end{itemize}
-\subsubsection{Geometrická metoda}
+\subsubsection{Triangulační metoda}
 Tato metoda měření je založena na geometrické vlastnosti světelného paprsku, že světlo se v homogenním prostředí šíří přímočaře. Toho lze využít tak, že použijeme li zdroj světla, který vydává málo rozbíhavý světelný paprsek (LASER) a pod určitým úhlem vůči ose pozorovatele jej budeme promítat na předmět, tak pozorovatel bude mít světelnou stopu v různých bodech zorného pole podle vzdálenosti předmětu.
 Tato metoda, je velice snadná a proto existuje mnoho realizací od amatérských konstrukcí až po profesionální výrobky. Obvykle jsou tímto způsobem řešeny 3D skenery malých předmětů, jako jsou vázy, nebo jiná umělecká díla, která je vhodné zdokumentovat. Skener pak pro urychlení procesu nepoužívá pouze světelný bod, který laser obvykle produkuje ale využívá se cylindrické čočky, která svazek rozšíří do roviny ve směru řezu předmětu. V tomto uspořádání totiž pak stačí s LASERem, nebo promítacím zrcátkem hýbat pouze v jedné ose, pro kompletní 3D scan.
  d = \frac{ct}{2n}
 \end{equation}
 Kde $c$ je rychlost šíření elektromagnetického záření ve vakuu, $n$ je index lomu prostředí a $t$ je změřená doba letu. Veličina $d$ je pak vzdálenost předmětu, kterou potřebujeme změřit.
+Při měření se tak předpokládá homogenní prostředí ve kterém se světlo šíří, nebo alespoň prostředí o nějaké známé efektivní hodnotě indexu lomu. Zpětně zachycený výkon vyjadřuje rovnice \ref{radarova_rovnice}.
+\begin{equation}
+ P_r = {{P_t G_t  A_r \sigma F^4}\over{{(4\pi)}^2 R_t^2R_r^2}}
+\label{radarova_rovnice}
+\end{equation}
+where
+* ''P''<sub>t</sub> = transmitter power
+* ''G''<sub>t</sub> = [[gain]] of the transmitting antenna
+* ''A''<sub>r</sub> = effective aperture (area) of the receiving antenna
+* ''σ'' = [[radar cross section]], or scattering coefficient, of the target
+* ''F'' = pattern propagation factor
+* ''R''<sub>t</sub> = distance from the transmitter to the target
+* ''R''<sub>r</sub> = distance from the target to the receiver.
-Při měření se tak předpokládá homogenní prostředí ve kterém se světlo šíří, nebo alespoň prostředí o nějaké známé efektivní hodnotě indexu lomu.
+ Dále vzhledem k tomu, že pro větší vzdálenosti je pravděpodobnost zachycení zpětně odraženého fotonu malá tak jsou využívané různé techniky pro zlepšení poměru S/N. Často jde o metody statického zpracování nebo o lock-in měření.
 Tato metoda má vzhledem k předchozím podstatnou výhodou především v tom, že její princip umožňuje změřit vzdálenosti v obrovském rozsahu a přitom neklade vysoké nároky na odstup signálu od šumu. Běžně se proto využívá například pro měření a následné výpočty korekcí drah družic, nebo i měření podélných parametrů optických komunikačních vláken, kde je metoda známa, jako TDR (Time domain refractometry)
 Možnosti použití navíc nejsou omezeny pouze na klasické světelné vlnové délky, ale stejný princip lze uplatnit například i při použití rádiových vlnových délek, což by u předchozích metod nebylo možné vzhledem k problematické konstrukci elementů, jako jsou čočky, zrcadla, nebo maticové detektory pro rádiové vlny.
 Možnosti aplikace metody měření doby letu jsou tak rozsáhlé, že z ní vychází i další přistroje, jako radiolokátory nebo echolokátory.
 Tato práce je proto zaměřena právě na tento princip měření, protože jeho dosah a přesnost je zajímavá například i pro meteorologické aplikace a tedy využitelná i pro zatím nedořešené oblasti jako je měření parametrů oblačnosti například nad moderními robotickými astronomickými teleskopy.
 \subsection{Požadavky na laserový vysílač}
 \subsection{Pevnolátkový diodově čerpaný LASER s generací druhé harmonické}
 Jde o konstrukční LASERu, který jako aktivního prostředí využívá pevnolátkový krystal čerpaný polovodičovou diodou. Ve rezonátoru LASERu je zároveň umístěn konverzní krystal, který díky nelineárním optickým jevům umožňuje generovat druhou harmonickou frekvenci základní generované vlnové délky. Toto konstrukční uspořádání je známo jako DPSSFD (Diode Pumped Solid State LASER Frequency Doubled)
+\subsection{Metody generace krátkých impulzů}
+\subsubsection{Q spínání}
+\subsubsection{Synchronizace modu (Mode-locking)}
 \subsection{Měření krátkých světelných impulzů}
 K tomu aby bylo možné kvantifikovat dosažené parametry LASERového vysílače, je potřeba umět změřit výstupní časový průběh intenzity záření v impulzu. K tomuto účelu se obvykle využívá zapojení předepjaté PIN fotodiody, která pak  díky svojí nízké parazitní kapacitě pracuje jako vhodný snímač  pro velmi rychlé děje. Pro účely měření byl proto jeden takový snímač zkonstruován. Jeho zapojení je znázorněno na obrázku \ref{schema_detektoru}.

Subversion Repositories svnkaklik

(root)/dokumenty/skolni/BP/DOC/SRC/laserovy_vysilac.tex – Rev 943 → 947