Como os lasers medem distâncias curtas (<1cm) quando os componentes eletrônicos são muito lentos para o tempo de vôo funcionar?

Fiquei me perguntando como os sensores LIDAR são capazes de medir distâncias inferiores a 2 mm. Não vejo como eles podem fazer isso.

A velocidade da luz é de 300.000.000 m / s, portanto o tempo de ida e volta deve estar em 14ps, muito além das capacidades da eletrônica moderna (> 71 GHz).

Então, como eles fazem isso?

Com 2 mm, o tempo de voo não é usado. Interferometria é. Diferentemente do tempo de vôo, que só pode realmente determinar a distância (e a velocidade indiretamente), a interferometria pode ser usada para medir muitas outras propriedades e possui uma taxa de amostragem muito maior. Algumas coisas surpreendentes foram feitas usando esse princípio, incluindo o LIGO ou verificar a influência da gravidade da Terra na velocidade dos fótons que viajam na direção e para longe da superfície da Terra. Ou espionar alguém de fora da casa medindo as vibrações de algo na sala.

A interferometria mede mais diretamente a velocidade. É um pouco menos simples medir a distância.

Você pode jogar com isso de maneira bastante simples (contanto que tenha um osciloscópio) usando a técnica de auto-mistura que requer um diodo laser com um diodo de monitor integrado; caso contrário, você precisa de muitas ópticas caras que o colocam fora do alcance do seu típico mais hobbiest.

É super legal. Você deveria tentar. Os diodos laser necessários com fotodiodo integrado podem ser comprados por alguns dólares (1/10 do preço normal) se você observar lojas eletrônicas excedentes como Jameco, em vez de locais como Mouser ou Digikey. Apenas verifique a folha de dados para garantir que haja um fotodiodo dentro. Você também não deseja um módulo laser que já esteja conectado para monitorar o fotodiodo para manter a potência óptica constante, pois você precisa acessar o diodo laser.

Demonstração em vídeo de leigo: https://www.youtube.com/watch?v=MUdro-6u2Zg

Um artigo que faz muito mais sentido depois de assistir ao vídeo, se você ainda não conhece: http://sci-hub.tw/http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1464-4258/ 4/6/371 / pdf, que também pode ser lido em semanticscholar.org e aqui é pago . Giuliani et al. J. Opt. A: Pure Appl. Optar. 4 (2002) S283 – S294

Enquanto essa resposta diz "interferômetros", esses apenas contam franjas, eles não medem distâncias absolutas. Você pode mover algo e contar franjas e frações e dizer "é movido por 42 comprimentos de onda" e verificar a pressão e a umidade do ar e estimar o comprimento de onda atual no ar, mas não pode usar um para dizer que foi movido de 2 mm para 2 mm mais 42 comprimentos de onda.

Existem interferômetros duplos de comprimento de onda que podem tentar resolver essa ambiguidade, mas muitas vezes existem outras ambiguidades.

Ao medir distâncias de milímetros a um metro ou mais usando um laser, o que geralmente é usado é um sensor de deslocamento a laser . Esse link e os três links abaixo explicam o princípio.

O feixe de laser fornece um feixe de luz colimado e a pureza do comprimento de onda não é de importância primordial, exceto que você pode usar um filtro para bloquear a luz ambiente forte. Ele projeta um ponto de aproximadamente 1 mm no seu alvo em uma grande variedade de distâncias e usa uma lente de imagem e um sensor de imagem 1D ou 2D visualizando a partir de uma posição deslocada do feixe.

O laser geralmente é pulsado e pares de imagens "ativadas" e "desativadas" podem ser subtraídas para melhorar ainda mais o ponto do laser em relação à confusão de imagens.

O deslocamento ao longo do sensor corresponde ao deslocamento para longe da unidade. Depois de zerado com cuidado, você pode desligá-lo e depois medir a distância absoluta de outro objeto, mesmo que não haja movimento. Isso é muito mais útil do que contar as franjas com um interferômetro, onde você sempre deve começar do zero e depois passar para a sua posição final, contando as franjas o tempo todo.

Esse comentário menciona a tomografia de coerência, e essa é outra medida de distância absoluta sem contato, óptica. Mas geralmente não usa lasers.

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