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激光雷达技术正被积极应用于越来越多的不同应用，从汽车、机载地形测绘、安全到农业和工业。大多数这些应用需要激光二极管发射峰值功率为几瓦甚至千瓦的短脉冲（低至纳秒），以实现高空间激光雷达测量解决方案和长检测范围。尤其是像闪光激光雷达系统这样的新技术，是基于飞行时间测量的，其优点是不需要光束扫描仪，因为只有一个发散度很大的短激光脉冲用于覆盖整个场景。然后可以通过回波光的测量立即恢复遇到的物体的深度，从而实现环境的实时 3D 测绘 [1]。
对于此类任务，常用的半导体技术是垂直腔表面发射激光器 ( VCSEL )。这些通常显示出具有高发散度的椭圆形光束轮廓，可以通过在激光二极管前面使用光学器件来进行调整。为了对 VCSEL（以及此类 LiDAR 源）进行完整的时间表征，仅平均功率是不够的。此外，脉冲宽度、脉冲形状、脉冲频率和峰值功率等特性也很重要。
脉冲宽度对应于目标空间分辨率（垂直或水平，取决于扫描轨迹）。较短的脉冲导致较高的空间分辨率，因此通常是理想的。然而，探测器部分必须能够处理如此短的脉冲以及通常产生的低信号。
这里最重要的参数是脉冲是高斯形状的。如果出现任何不同的脉冲形状，LiDAR 的结果将不可靠（参见 [2]）。例如，如果由于控制电子设备中的错误而导致脉冲显示双峰，则激光雷达的测量将具有更高的不确定性。
为了在不降低扫描速度的情况下提高激光雷达系统的采样率，提高脉冲的重复率是一个明智的选择。系统已经从过去的kHz范围发展到现在的MHz范围。
峰值功率越高，反射信号越强，从而使激光雷达系统的测量距离更远。另一个效果是即使是低反射材料/物体也可以被检测到。这导致高峰值功率成为目标。然而，仍然需要保证眼睛安全，这限制了大多数应用可以使用的最大值。
对于平均功率和脉冲能量的经典测量，请参阅我们关于激光功率测量的文章。
Gigahertz-Optik为上述高速激光器提供不同类型的测量解决方案，覆盖200 nm – 1800 nm的波长范围，其中包括主要使用的波长，如532 nm、905 nm、940 nm、1064 nm和1550 nm。此外，我们能够提供针对不同机械尺寸、光束轮廓、时域的解决方案，甚至是定制解决方案，包括具有最低校准不确定性的可追溯校准。
1550 nm 为 LiDAR 设备提供了潜在的“人眼安全波长”（参见 DIN 60825 和 [3]）以及具有成本效益的高功率。此外，它在有雾的情况下也具有优势，因为它不易被水吸收。因此，该波长变得越来越重要。然而，探测器技术更具挑战性，因为需要的 InGaAs 传感器通常像素和分辨率较低。例如，532 nm 通常用于绘制海底地图，因为与较高波长相比，它在水中的传输率要低得多，并且对于此应用，可见激光是可以接受的，但自动驾驶汽车则不然。尽管如此，1064 nm 是目前最常用的波长。原因是它仍然属于具有所有优点的硅传感器范围。
•准确且可追踪的激光功率/能量测；
•脉冲特性/脉冲波形；
•外部光谱辐射计的激光光谱；
•适用于不同几何形状、发散度等的激光产品系列。
在以下部分中，我们将展示标准产品目录中的产品选择，从具有中等扫描频率的小型一体式设备开始，一直到集成积分球直至具有不同直径的超快积分球系统。我们还提供定制解决方案。请联系我们！
如果脉冲宽度在微秒 (μs) 或毫秒 (ms) 范围内，则可以使用单个光电二极管设置直接进行 ISO 17025 可追踪辐射功率测量和波形表征。
PLL-1701 高速双输入验光仪
为此，Gigahertz-Optik 开发了一种上升时间低至 16 µs 的高速跨阻放大器，称为 PLL-1701。这对应于测量的 21 kHz 带宽。
PLL-1701 可通过其 BNC 连接器与外部检测器配合使用，以兼容Gigahertz-Optik 的全系列光测量检测器。此外，它还提供带有集成小型积分球的直接 FC 光纤输入。安装在球体上的二极管覆盖 400 nm – 1550 nm 的波长范围，因此也包括所有相关的激光波长。这意味着可以在自由空间设置中直接耦合到球体中的光纤耦合源或激光器可以直接测量，无需任何其他附件。
外部检测器以及内部积分球可以使用线性放大器和对数放大器来读取。单级对数放大器使 PLL-1701 能够测量高动态信号，而无需切换量程。线性放大器的优点是其卓越的线性度和由多个增益范围提供的高动态范围。凭借这种灵活性，PLL-1701 为许多不同类型的应用提供可追踪的结果，涵盖较大的波长范围和脉冲属性的选择。
对于超短脉冲和低纳秒范围内（例如8纳秒）的脉冲长度，不可能用一个光电二极管直接测量脉冲形状（波形）和辐射脉冲功率（W），因为没有合适的光电二极管可用。该限制基本上是由跨阻放大器的上升时间（通常是低微秒范围）与光电二极管的响应时间和响应率相结合给出的。
小光电二极管（有源区域）提供非常短的响应时间，但需要高放大倍数才能生成可测量的信号。如果跨阻放大器与光电二极管一样快或使用较慢的跨阻放大器来降低噪声，这通常会导致较大的噪声。两者都不能令人满意地满足应用程序的需求。
为了克服这一限制，我们提供了所谓的双二极管技术高速积分球。这意味着两个独立的光电二极管安装在单个积分球上。
经过 ISO 17025 校准的光电二极管使用脉冲展宽方法测量脉冲能量（参见附录 42）。这样可以实现低噪声的精确激光功率和激光能量测量。
此外，还使用上升时间在 ns 范围内的小型快速光电二极管，用于测量入射光的相对信号形状（波形），为使用示波器或其他放大器提供 50 欧姆 BNC 输出。通过将该时间分布与第一光电二极管的绝对结果相结合，可以在数学上确定绝对脉冲形状，因此可以用这样的系统来充分表征脉冲。
为此，Gigahertz-Optik 推出了ISD-xx-SP （SP = 形状和功率）产品系列。它包含不同尺寸的积分球（标准产品直径范围为 16 毫米至 100 毫米），这些积分球配备了前面提到的双二极管技术，可全面表征短脉冲以及发散激光脉冲。不同的球体尺寸和输入端口有助于覆盖激光二极管的所有尺寸和视场。
ISD-1.6-SP-Vxx辐射功率测量检测器
16 mm 硫酸钡积分球，带 5 mm 或 7 mm 输入端口。如果按照 进行眼睛安全评估，则需要 7 毫米入口。整个系统基于精密加工的紧凑型 CNC 外壳。此外，还提供两个 SMA 输出，用于光谱测量等（请参阅我们的光谱照度计、UV-VIS-NIR 光谱辐射计）。可根据要求进行定制调整。
ISD-5P-SP光功率计检测器
50 mm ODM98 积分球，具有 10 mm 输入端口，适用于中等尺寸激光直径的应用。第三个端口可配置不同的选项，例如用于光谱测量的另一个探测器或光纤输出（请参阅我们的光谱照度计、UV-VIS-NIR 光谱辐射计）。
ISD-10P-SP辐射功率测量的检测器
100 mm ODM98 积分球，具有 20 mm 输入端口，适用于大光源直径的应用。第三个端口可配置不同的选项，例如用于光谱测量的另一个探测器或光纤输出（请参阅我们的光谱照度计、UV-VIS-NIR 光谱辐射计）。
为了支持您使用合适的探测器来表征您的脉冲激光源，请与我们联系。我们在积分球设计和光/激光测量方面拥有超过 25 年的经验，可以支持您找到适合您应用的正确探测器设置，或者与您一起制定完美且经济实惠的定制解决方案。
对于任何类型的辐射激光功率测量，校准对于最终结果的准确性都起着关键作用。换句话说，值得信赖的低校准不确定度非常重要。在这方面，我们提供由DAkkS ISO 17025 认可的校准和测试实验室进行的校准。这意味着流程中应用了 ISO 17025 的最高标准，以确保我们校准的可靠性和可追溯性。所有校准均可直接追溯到 PTB、德国 NMI 或类似的 NMI。我们的校准实验室涵盖 200 nm – 2500 nm 的波长范围。
