Welche Möglichkeiten gibt es, einen elektrischen Impuls zu „verlängern“?

Ich entwerfe ein kostengünstiges System, um Femtosekunden-Laserpulse aufzuzeichnen und die durchschnittliche Leistung und Schuss-zu-Schuss-Abweichungen (der Laserpulse) zu charakterisieren. Eine Fotodiode scheint die wirtschaftliche Lösung zu sein, aber ich stoße auf der ADC-Seite auf Probleme: Der laserinduzierte Impuls, der aus der Fotodiode kommt, liegt in der Größenordnung von 10 Nanosekunden und erfordert teure ADC-Lösungen, um richtig aufzuzeichnen. Also suche ich nach analogen Schaltungen, die diese elektrischen Impulse irgendwie zeitlich verlängern könnten, sodass ich mehr Punkte über das Signal abtasten und es genau messen kann. Das einfache Hinzufügen einer Kapazität könnte funktionieren, aber ich suche nach anderen Lösungen (Spitzen- / Hüllkurvendetektoren usw.).

Derzeit sind die Impulse, die ich von meinem Fotodetektor erhalte, etwa 30-40 ns breit und haben eine Amplitude von einigen Volt (bis zu 4 V).

Ich möchte in der Lage sein, den Effektivwert / die durchschnittliche Leistung des Lasers (der im Wesentlichen den Effektivwert / den Durchschnitt der Fotodiodenleistung misst) sowie die Abweichungen von Schuss zu Schuss zu messen (dies ist die wirklich schwierige, nicht sicher, ob dies möglich ist). mit meinen Anforderungen). Ich möchte eine möglichst niedrige Abtastrate (langsamster ADC), um Geld zu sparen. Es wird wahrscheinlich im Bereich von 10-100 MS/s liegen

Danke für deine Gedanken.

Was ist an einer Kondensatorlösung (eher Tiefpassfilterlösung) unbefriedigend? Sie könnten sich auch SAR-ADCs ansehen, die den Eingang von Impulsen, die kürzer als Ihre Abtastperiode sind, besser integrieren (summieren) können.
Hmm, vielleicht ein Boxcar-Averager (Gated Integrator). Benutzt man die noch?
Ich weiß, dass ich Widerstände verwendet habe, um die Anstiegsgeschwindigkeit eines Signals für das SMPS-Design zu verlangsamen.
Sie verwenden eine Stromlenkungsschaltung. Der Impuls lenkt den Strom in einen Kondensator (was bewirkt, dass der Kondensator ein Zeit-Spannungs-Wandler ist). Wenn der Impuls endet, wird der Strom woanders hin gelenkt, sodass die Kondensatorspannung nicht mehr ansteigt. Dann tasten Sie die Kondensatorspannung nach Belieben ab. Vergessen Sie nicht, den Kondensator zu entladen, bevor der nächste Impuls kommt. Ich habe so etwas noch nie gemacht, aber ich glaube, dass es in einigen Impulsgeneratoren gemacht wird.

Antworten (4)

Ich bin skeptisch, dass Sie die Pulsenergieinformationen durch übermäßige Tiefpassfilterung beibehalten können. Je mehr Sie den Impuls verlangsamen, desto kleiner wird die Amplitude und desto niedriger wird das SNR Ihres Abtastvorgangs.

Denken Sie bei der Messung dieses Signals daran, dass die schnellsten verfügbaren Oszilloskope tatsächlich sehr niedrige Abtastraten haben (in der Größenordnung von 40 kHz). Der Trick besteht darin, eine schnelle Sample-and-Hold- oder Track-and-Hold-Schaltung zu verwenden.

Für eine Apertur von 1 ns sollten Sie in der Lage sein, eine T/H-Schaltung mit Teilen im Wert von nur wenigen Dollar zu einem vernünftigen Preis herzustellen . Die Herausforderung besteht darin, die T/H-Schaltung mit Ihrem Laserpuls zu synchronisieren. So ziemlich jede noch verfügbare ECL-Logikfamilie wird die dafür erforderliche Timing-Leistung haben, aber die Einzelheiten dazu hängen davon ab, welche Signale Ihr Laser zur Synchronisierung erzeugt.

Denken Sie an "undichten Integrator" - nicht an "Tiefpassfilter"
Das war genau mein Anliegen bei der Kondensator/LP-Idee - obwohl ich vielleicht noch genug SNR habe, damit es funktioniert ... Danke für die Ideen!

Für eine verrückte Idee zum Einfangen superschneller Impulse schauen Sie sich das (sehr alte) analoge Sampling-Oszilloskop Tektronix 545 an, das einen Impuls „rückwärts“ über eine Verzögerungsleitung gegen das Eingangssignal aus der anderen Richtung abfeuert, es ist ein verrücktes Genie. Es ist ein 30-MHz-Oszilloskop, das GHz-Signale anzeigen kann.

Sie könnten eine ähnliche Idee verwenden, um eine Kette billiger ADCs von einer Verzögerungsleitung oder ähnlichem abzufeuern.

Bearbeiten: Ich kann keine Details zum 545 finden, aber hier ist ein Link zu Jim Williams, der erklärt, warum "alte [Tek] -Oszilloskope besser sind" und ein paar Spezifikationen: Jim Williams lesen - 3,9 GHz Bandbreite und 10 uV pro Division klingt für mich ziemlich groovy.

Phosphoreszenz ist dein Freund (vielleicht). Wiki sagt: -

Phosphoreszenz ist eine spezifische Art von Photolumineszenz, die mit Fluoreszenz verwandt ist. Im Gegensatz zur Fluoreszenz gibt ein phosphoreszierendes Material die absorbierte Strahlung nicht sofort wieder ab. Die langsameren Zeitskalen der Re-Emission werden mit „verbotenen“ Energiezustandsübergängen in der Quantenmechanik in Verbindung gebracht. Da diese Übergänge in bestimmten Materialien sehr langsam ablaufen, kann absorbierte Strahlung bis zu mehreren Stunden nach der ursprünglichen Anregung mit geringerer Intensität wieder emittiert werden.

Das Wichtige dabei ist, dass die vom Laser aufgenommene Energie in eine "Ausgabe" umgewandelt wird, die viel länger anhält - dies sollte Ihnen viel Zeit geben, sie mit einer wirklich langsamen Fotodiode und einem ADC zu testen. Denken Sie an alte CRT-Bildschirme mit langlebigen Phosphorbeschichtungen.

Das scheint eine großartige Lösung zu sein, aber ich kann anscheinend keine Sensoren / Detektoren auf Phosphoreszenzbasis finden. Wissen Sie, auf welcher Skala diese "langsamen Zeitskalen der Re-Emission" liegen (Mikrosekunden, Millisekunden usw.)?
Nein, habe ich nicht - ich habe nur darüber nachgedacht, weil die alten Speicheroszilloskope der vor 1970er Jahre eine Kathodenstrahlröhre mit langer Persistenz zum Erfassen einmaliger Wellenformen verwendeten. Es ist Zeit für Sie, Ihre Google-Kräfte aufzufrischen, denke ich. Bauchgefühl ist, dass es ein Material geben wird, das Sie verwenden können, aber höchstwahrscheinlich wird es etwas sein, das Sie zwischen Laser und Fotodiode hinzufügen.

Wenn Ihre Impulse 30/40 ns breit sind, wie wäre es dann mit schnellen ADCs, verwenden Sie diese Art von Erkennungs-Peak-and-Hold-Lösung - und setzen Sie diese zurück, nachdem Sie Ihre Messung durchgeführt haben?

Sicher, die Schaltung müsste noch angepasst werden, aber mit ausreichend schnellen ADCs haben Sie möglicherweise eine originelle (und flexible) Antwort.

Dies ist eine schlechte Antwort, da Sie einen Link zu einer Website angeben, auf der ein leeres Feld angezeigt wird. Auch wenn das Feld nicht leer ist (erfordert wahrscheinlich Javascript oder benutzerdefinierte Plugins), kann es jederzeit verschwinden. Angenommen, es handelt sich um ein ziemlich gewöhnliches Peak-and-Hold, wie würden Sie die Pulszeit mit einer solchen Lösung messen? Sie erwähnen auch, dass die Schaltung angepasst werden muss. Inwiefern?
Danke für die Bitte um Klarstellung. Das ist in der Tat ein Peak-Detect-Hold, und da diese Lösung bisher nicht vorgestellt wurde, wollte ich sie OP vorstellen. Link war eine Live-Simulation, obwohl es interessant gewesen sein könnte.
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