Biernat, Andreas

Erzeugung und Anwendung von ultrakurzen Laserradarimpulsen mit hoher Leistung

Reihe: Akademische Abhandlung zu den Ingenieurwissenschaften
ISBN: 978-3-89700-210-4
1999
Preis: 24.90 €
120 Seiten

Abstract

Diese Arbeit ist Teil des DFG-Graduiertenkollegs „Materialien und Komponenten der Mikrosystemtechnik“ an der Universität Gesamthochschule Kassel, wobei ein Schwer- punkt auf der Objektvermessung liegt. Ziel ist die Entwicklung eines mikrosystem- technischen Meßsystems zur dreidimensionalen Erkennung, Charakterisierung und Positionierung von Objekten. Als Meßprinzip wird die optische Radartechnik ange- wendet, um Systemanforderungen, wie z.B. Empfindlichkeit, Genauigkeit und Geschwindigkeit zu erfüllen. Das Impulslaufzeitverfahren wird aufgrund mehrerer Vorteile angewendet:
Die benötigten Laserimpulse können mit einfachen und kostengünstigen Halbleiter- laserdioden erzeugt werden, teuren Spezialdioden werden nicht verwendet. Die erreich- bare Meßgenauigkeit ist beim Laufzeitverfahren keine Funktion des Abstandes, somit sind diese Systeme gerade bei Entfernungen von einigen Metern überlegen. Der entscheidende Vorteil ist jedoch die Gewährleistung der Augensicherheit der Laserstrahlung durch eine entsprechend gewählte Pulswiederholfrequenz. Somit ist die Einhaltung der Sicherheitsvorschriften für dieses System besonders einfach und somit kostengünstig.
Im Vordergrund stand die Erzeugung von Pikosekunden-Laserimpulsen mit hoher Spitzenleistung. Durch eine neuartige Ansteuerung für Einfachheterostruktur Fabry-Perot Laserdioden konnten Impulsparameter wie Halbwertsbreite und optische Spitzenleistung wesentlich verbessert werden: typische Werte sind 32ps FWHM und 440W Spitzenleistung.
Weiterhin erfolgte eine mathematische Modellierung des Bauelements, um eine theoretische Erklärung der verbesserten Impulserzeugung zu geben. Die Simulation erfolgte auf physikalischer Ebene unter Anwendung nichtlinearer Modelle. Der Einfluß von Design- und Ansteuerungsparametern für die Laserdiode wurde im Sinne einer Optimierung untersucht. Im Rahmen einer interdiszplinären Zusammenarbeit wurden auch eigene Laserdioden im Fachgebiet Technische Elektronik der GhK erfolgreich hergestellt.
Die erzeugten Laserimpulse wurden für oben genanntes Laserradarsystem eingesetzt. Die Auswertung der empfangenen Daten beinhaltet insbesondere die visuelle Darstellung der vermessenen Objekte in Form von Abbildungen in zwei- und dreidimensionaler Form. Durch verschiedene Verfahren der digitalen Bildverarbeitung wird die Bildqualität zusätzlich noch verbessert. Eine Online-Konturvermessung ist besonders für einige Bereiche der Medizin interessant. Daher wurden als Anwendung des Laserradarsystems künstliche Knochenstrukturen vermessen mit dem Ziel, eine intraoperative bildaufnehmende Operations-kontrolle als Alternative zur Computertomografie zu entwickeln.
Die Vorteile sind dabei die Vermeidung von Lageänderung und Strahlenbelastung des Patienten. Neben diesem Beispiel gibt es noch zahlreiche weitere Anwendungen für ultrakurze Laserimpulse bzw. für Laserradarsysteme, die vieles im Leben einfacher (schnelle optische Informations-übertragung) und sicherer (Antikollisionsradar für Kraftwagen) machen. Diese Tatsache zeigt die Wichtigkeit der Optoelektronik, die ein übergeordnetes Thema dieser Arbeit ist.

Name      
Adresse   
          
          
Stadt     
Land      
Telefon   
Email     
Bemerkung