Mesure longue distance avec la résolution du peigne de fréquence

Présentation

La télémétrie de précision joue un rôle essentiel dans de nombreux domaines tels que la métrologie industrielle, la mesure, la navigation autonome, la robotique et la télédétection. Il est capable de localiser et de cartographier des objets avec précision, de détecter de minuscules variations de distance et de surveiller des environnements dynamiques avec une grande précision.

La télémétrie de précision utilise diverses méthodes, y compris des techniques laser, telles que la mesure du temps de vol (tof), l'interférométrie et le radar à ondes continues FM (FMCW) (détection et télémétrie de la lumière). Ces méthodes utilisent le principe des ondes lumineuses ou électromagnétiques pour déterminer la distance en fonction de la mesure du temps de propagation ou du déphasage.

Lidar à double peigne optique

Le lidar à double peigne optique est une technologie de détection de pointe qui combine les principes du temps de vol (tof) et de l'interférométrie, tout en s'inspirant de la technologie d'amplification du signal cohérent du lidar à ondes continues FM (FMCW). Cette approche innovante combine les avantages de ces technologies et permet des mesures de distance absolues rapides et de haute précision.

Les systèmes lidar traditionnels s'appuient généralement sur la méthode du temps de vol ou l'interférométrie pour effectuer des mesures de distance. La méthode du temps de vol mesure le temps nécessaire à une impulsion laser pour se rendre à destination ou en provenance d'un objet cible, tandis que la méthode interférométrique analyse l'interférogramme du faisceau laser. Cependant, les deux méthodes ont des limites en termes de précision de mesure, de vitesse ou de portée.

Le lidar à double peigne optique surmonte ces limitations en utilisant deux peignes de fréquence avec des fréquences de répétition légèrement différentes. Lorsque la lumière émise interagit avec l'objet cible, une partie de la lumière est réfléchie. Une autre partie de la lumière sera réfléchie par le miroir de référence. En faisant interférer la lumière réfléchie par un peigne de fréquence sur la cible et le miroir de référence avec la lumière de l'autre peigne de fréquence et en mesurant le retard entre les interférogrammes générés, on obtient des résultats de mesure de distance précis.

Les principaux déterminants du lidar à double peigne optique comprennent la bande passante des impulsions, la fréquence de répétition et la différence de fréquence de répétition. En exploitant l'effet Vernier (c'est - à - dire en échangeant les rôles de l'oscillateur local et de l'oscillateur échantillonné au cours d'une même mesure), le lidar à double peigne optique permet d'atteindre une plage de mesure extrêmement longue et sans ambiguïté. Cette portée peut s'étendre sur des centaines de kilomètres, dépassant les besoins de la plupart des applications pratiques. Dans le même temps, le système est capable de maintenir une précision de l'ordre du micron, qui est déterminée par la durée de l'impulsion (généralement dans la gamme des Sub - picosecondes) et la vitesse d'acquisition des données. En outre, le lidar à double peigne optique peut acquérir des signaux interférentiels, ce qui permet une précision de mesure au niveau sub - longueur d'onde. Ces caractéristiques combinées font du lidar à double peigne optique une technologie puissante.

Représentation schématique d'un signal de mesure de distance dans un lidar à double peigne optique. La mesure de distance est répétée tous les 1 / Δfᵣₑₚ. L'intervalle de temps entre l'impulsion cible et l'impulsion de référence Code l'information de distance. La distance peut être déterminée uniquement en fonction du temps de vol ou la phase optique peut être utilisée pour optimiser la mesure de distance.

Lidar à double peigne optique basé sur un laser à double peigne optique mono - cavité

L'utilisation d'un laser à double peigne à cavité unique dans un système lidar à double peigne est essentielle pour faire progresser l'application pratique de cette technologie. En adoptant une conception à une seule cavité, le système devient plus compact, ce qui est idéal pour l'intégration dans une variété de plates - formes et d'appareils. L'utilisation d'une seule source laser élimine les exigences de synchronisation complexes et simplifie l'architecture globale du système.

En outre, le procédé laser à double peigne optique à cavité unique est évolutif en termes de production. Grâce à une conception simplifiée, le processus de fabrication est plus efficace et permet une production efficace et économique de systèmes lidar à double peigne optique. Cette évolutivité est particulièrement importante pour une large application et la commercialisation de cette technologie.

Avantages de la télémétrie de précision K2 Photonics

• numérisation rapide

Les lasers mono - cavité à double peigne optique permettent des mesures haute résolution à des vitesses de renouvellement plus rapides, allant jusqu'à 100 kHz et, dans des cas exceptionnels, proches de 1 MHz.

• haute précision

Le lidar à double peigne optique offre une excellente précision de mesure en utilisant un facteur d'étirement temporel pour l'échantillonnage optique, assurant une précision de l'ordre de la femtoseconde pour l'enregistrement des impulsions de retour. En outre, l'utilisation de l'information de phase optique améliore encore la précision de la mesure, permettant une fonction de télémétrie précise et détaillée.

• petite taille
Des systèmes radar compacts peuvent être développés à l'aide de lasers à double peigne optique monocavité compacts, en particulier ceux fonctionnant à des fréquences de répétition GHz ou supérieures.

• haute sensibilité

L'amplification cohérente des vibrations locales dans un lidar à double peigne optique permet d'obtenir une détection très sensible des réflexions de retour. De plus, les lasers à semi - conducteurs à mode verrouillé produisent des lasers à très faible bruit (RIN et temporisation) à haute fréquence, ce qui permet des mesures très sensibles et limitées par le bruit de dispersion.