Hallo zusammen,
ich möchte aktuell gerne einen Laser im Bereich 1000-1400nm vermessen.
Dazu habe ich mir folgende InGaAs Photodiode bestellt und mit der im
Datenblatt angegebenen Schaltung in Betrieb genommen (Vbias 5V).
https://www.thorlabs.com/thorproduct.cfm?partnumber=FGA015
Die Photodiode hat eine rise time von 300ps.
Wenn ich nun mein optisches Signal vermesse, bekomme ich die oben
gezeigte Kurve (blau).
Getrieben wird die Diode mit einem HG30 von iC Haus:
https://www.ichaus.de/product/iC-HG30
Ich habe ein BNC Kabel an den Rl gelötet und das Signal mit 50 Ohm
Kopplung am Oszi gemessen. Das Oszi ist ein relativ gutes LeCroy 4GHz.
Die gelbe Kurve ist mein LVDS+ Trigger Signal.
Ich teste mit 1kHz und 0.1% Duty cycle, also 1µs pulse width.
Was mich nun wundert, ist der Buckel des optischen Signals. Dadurch ist
meine effektive rise-time 10-90% natürlich komplett dahin, auch wenn der
initiale Anstieg mit knapp 2ns noch vertretbar wäre. Aber theoretisch
wollte ich in Bereiche von 1-2ns kommen, von 10-90%.
Ich hätte in Summe vielleicht sowas wie eine Kondensator-Auflade-Kurve
erwartet, die irgendwann im Topcurrent des Lasers mündet, aber nicht
sowas.
Könnten das parasitäre Effekte sein, die man sich derart erklären kann?
Mache ich vielleicht offensichtliche Fehler in der Messung?
Das "Schwingen" des LVDS+ Signals muss ich nochmal prüfen, ob das real
ist, oder eine GND Problem. Denn wie es aussieht, bildet sich dieses
Schwingen auch im optischen Signal wieder. Da die LVDS ja ein
"digitales" Signal sind, kann ich nur schwer glaube, dass das LVDS
Signal einen EInfluss auf den high-current-path des HG30 haben sollte,
solange die Triggerschwelle sauber überschritten wird.
Mein Plan war, durch das optische Signal Rückschlüsse auf die
Signalqualität des High-current-path ziehen zu können, denn der lässt
sich ja schwer direkt messen.
Da ich aber nun ein unspezifisches "Messmittel" verwende, kann der Grund
bei Fehlern natürlich in der Laser-Schaltung, oder auch im Messmittel
liegen.
Vielen Dank!
Thor schrieb:> Was mich nun wundert, ist der Buckel des optischen Signals.
Im Betrieb als Fotoelement ist auch nichts vernünftiges zu erwarten, und
wenn du die PD mit Sperrspannung betreibst, sollte du deine ganze
Schaltung vorstellen. Möglichst mit Foto.
P.S.: Sorry, du schriebest ja "Vbias 5V".
Dann liegt natürlich kein Elementbetrieb vor.
Wahrscheinlich liegt es aber an einem inadequaten Aufbau.
Schon der 100nF Kondensator ist bei solchen Flankensteilheiten
fragwürdig.
Deshalb: Foto!
Ausserdem ist es ja möglich dass der Lichtimpuls tatsächlich so
aussieht.
Deshalb ist auch von diesem Aufbau ein Foto und der Schaltplan sinnvoll.
Was soll man sagen ... die Photodiode kommt zuletzt. Erst mal musst du
das Treiber Signal so hinbekommen, dass es passt. Also das Signal die
Laserdiode zu treiben. Die Photodiode muss auch irgendwie angeschlossen
werden. Dann koppelst du die Sendeseite elektrisch so an den Empfaenger,
um zu zeigen, dass dieser auch schnell genug ist.
Nun ist es etwas fragwuerdig erst einen ns Puls zu probieren, und
nachher mit einem Sensor zu messen, denn wenn's nicht geht, hast du
keine Aussage.
Ich wuerde die Photodiode an einem Kurzpuls Laser testen. zB einem ps
Laser. Und schauen, was du da hinbekommst. Dan kannst du dann auch mit
einem Spektrumanalyzer testen. Denn die Fouriertransformierte eines
Gartenhages (Serie von dirac pulsen) ist wieder ein Gartenhag
Hallo,
die Schaltung aus dem Datenblatt (anbei) habe ich 1zu1 nachgebaut auf
einer Lochrasterplatine mit diskreten Bauteilen, die ich noch hier im
Labor gefunden habe. Ich wollte erstmal "fix" testen, bevor ich in der
FH wieder bestellen muss. Im SMD Fundus gab es keine passenden Sachen.
Ich war davon ausgegangen, dass der 100nF Cap kein Einfluss auf die
Flankensteilheit hat, da es so im Datenblatt vorgegeben ist. Habe aber
auch nicht groß recherchiert.
Ich muss dazu sagen, ich bin nur Hobby Elektroniker und nicht "vom
Fach".
Meine vielleicht auch naive Annahme war:
Die Photodiode mit ihren 300ps funktioniert, der große 50 Ohm Widerstand
hat vor SMD Zeiten auch in der Analogtechnik funktioniert und danach
kommt gleich das BNC Kabel, da habe ich nicht viel Spielraum gesehen, um
etwas grundlegend falsch zu machen. Auch irgendwelche Restriktionen im
"Layout" hatte ich nicht im Sinn, bei den kurzen Wegen bis zum BNC
Kabel.
Vielleicht muss ich hier doch nochmal tiefer einsteigen in die
Elektronik.
Hp M. schrieb:> Schon der 100nF Kondensator ist bei solchen Flankensteilheiten> fragwürdig.
Ich werde versuchen zu recherchieren (vielleicht sogar simulieren mit
LTSpice, hier weiß ich aber nicht, wie ich "Licht" auf die PD bekomme),
welchen Einfluss der Cap hat. Danke für den Hinweis.
Pandur S. schrieb:> Erst mal musst du das Treiber Signal so hinbekommen, dass es passt.
Das ist meine Annahme - dass der Ic Haus Treiber und die Laserdiode gut
zusammen passen und der Strom mit entsprechender Steilheit getrieben
werden kann. Zum Einsatz kommt hier ein Referenzmodul von iC Haus. Ich
denke, dass sollte also auch vom Layout her passen.
Pandur S. schrieb:> Dann koppelst du die Sendeseite elektrisch so an den Empfaenger
Was meinst du damit?
Die einzige Kopplung zwischen Sender (Laserdiode) und Empfänger
(Photodiode) ist doch optisch und nicht elektrisch?
Pandur S. schrieb:> Ich wuerde die Photodiode an einem Kurzpuls Laser testen.
Den Test mit einer bekannten und gut definierten Lichtquelle hätte ich
natürlich vorgezogen, um den Fehlerspielraum lediglich auf die PD
einzugrenzen. Leider habe ich keine solche bekannte schnell gepulste
Quelle.
Vielen Dank erstmal für die hilfreichen Kommentare!
Thor schrieb:> 100nF Cap kein Einfluss auf die Flankensteilheit hat.
Hat er auch nicht. Das Noise Filter aus R1 und C1 hat keinen Einfluss
auf Anstiegs- & Abfallzeit der Pindiode. Es sorgt dafür, daß ein
sauberer Bias an der PD anliegt.
(Negativer) Bias ist notwendig, um die Sperrschichtkapazität der PD zu
verringern --> höhere Geschwindigkeit.
> Kopplung zwischen Sender (Laserdiode) und Empfänger (Photodiode) ist> doch optisch und nicht elektrisch?
Als Referenz. Das elektrische Signal auf den zweiten Kanal des Oszis.
Thor schrieb:> Die Photodiode mit ihren 300ps funktioniert, der große 50 Ohm Widerstand> hat vor SMD Zeiten auch in der Analogtechnik funktioniert
Der RL an der Diode ist also auch 50 Ohm? (wurde bisher nicht klar
gesagt).
Wenn du von einem "großen" Widerstand sprichst, meinst du dann einen
Leistungswiderstand? Die können durchaus mal parasitäre Eigenschaften
mitbringen (Kapazität oder Induktivität, je nach Technologie), die zu
seltsamen Effekten führen. Deshalb würde ich den Vorschlag von T.F.
unterstützen:
T. F. schrieb:> Lass den 50 Ohm Widerstand an der Diode weg
Die 50Ohm Terminierung am Oszi hast du ja schon.
ein weiterer Aspekt: wenn du bei der Messung am RL und dem Oszi-Eingang
jeweils 50Ohm hattest, dann entspricht dein Spannungssprung in der
Messung einem Fotostrom von 10mA. Das ist das ober Limit deiner
Fototdiode (10mW Laserleistung bei einer Empfindlichkeit von 1A/W).
Vergleiche mal die Kurve, wenn du den Laser z.B. um einen Faktor 10
abschwächst.
Schicke mal ein Photo vom Aufbau.
1ns rise time entspricht ca. 1 bis 3GHz an Frequenz, also sind die
Mechanik des Aufbaus und die Parasitären in den Bauteilen ("großer" 50
Ohm Widerstand) durchaus entscheidend. Unschönheiten hier könnten leicht
die Messung im ersten Post verursachen.
Mach erstmal testen mit continu-ON laser und detector, dazwischen eine
mecahnischen shutter (zB Motor) damit du besser weisz ob mess-Problemen
kommen von Laser anschalten oder Detector
Patrick aus die Niederlande
Thor schrieb:> vielleicht sogar simulieren mit> LTSpice, hier weiß ich aber nicht, wie ich "Licht" auf die PD bekomme
Photodioden und ähnlich Detektoren kann man als Stromquelle mit einem
kurzen Impuls modellieren.
Die Laseransteuerung, der aufbau und die messung scheinen mir gut zu
sein, entgegen der aussagen meiner vorposter.
der photostrom reicht jedoch nicht um mehr als ein paar mA in den
abschlusswiderstand zu treiben. deshalb geht der pegel nur auf 2/3. dann
entlädt sich der 100n cap was die langsame steigung erklärt.
Um das zu beheben, musst du entweder die beleuchtungsstärke erhöhen oder
den Lastwiderstand vergrößern.
Viel erfolg.
Thor schrieb:> ich möchte aktuell gerne einen Laser im Bereich 1000-1400nm vermessen.
Meine erste Frage wäre: was willst Du denn messen. An einem Laser gibt
es viel zu messen. Wenn man die abgestrahlte Leistung braucht, nimmt man
eine Photodiode in Generatorschaltung, die ist stabiler, aber langsamer.
Willst Du (was Du vermutlich möchtest) die Anstiegszeit für Pulsbetrieb
messen, um die Diode zur Datenübertragung zu verwenden, ist die
Schaltung mit der Photodiode in Sperrrichtung genau richtig. Dann ist
aber der Buckel in der Meßkurve völlig irrelevant, weil im Betrieb nie
erreicht.
Ich habe beide Schaltungen in meiner Laserzeit benutzt und habe sie als
völlig unkritisch in Erinnerung. Natürlich braucht man ein bißchen
HF-Grundlagen, um nicht nur Mist zu messen, aber eine Simulation halte
ich in dieser Situation für völlig überzogen, da die ganzen parasitären
Effekte überwiegen. Einzig der Arbeitswiderstand Rl ist m.E. kritisch,
da sollte schon was mit wenig L- und C-Anteil rein. Das "Noise-Filter"
in Deinem Schaltplan hat nur die Aufgabe, die vorhandene Spannungsquelle
stabiler zu machen. Vbias ist hier die Versorgungsspannung Deiner
Schaltung.
Da der Laser bei Dir wohl eine Laserdiode ist (keine Angabe dazu
gefunden) und kein durchstimmbarer Farbstofflaser, kann man wohl von
Frequenzkonstanz ausgehen und die Frequenzabhängigkeit der Photodiode
vernachlässigen. Und aus dem Rest des Messaufbaus kann ich im Moment
nicht erkennen, warum der Buckel in der Messkurve nicht von Deiner
Treiber/Laserdioden-Kombination kommen soll. Nun kenne ich mich mit
Laserdioden weniger gut aus als mit YAG-Lasern, aber Leistungsstabilität
ist meines Wissens bei Lasern nicht gerade das Entwicklungsziel. Wenn es
Dich interessiert, kannst Du nochmal mit 100 Hertz bei 10facher
Pulslänge nachschauen, wahrscheinlich bist Du dann schon schlauer.
Außerdem ist der Vorschlag von Patrick C. mit der Blende natürlich
goldrichtig, aber eben auch aufwendig.
Deshalb nochmal zurück zum Anfang: Für das weitere Vorgehen ist einfach
wichtig, wo Du hinwillst. Alles Andere ist aus meiner Sicht hektisches
Rumgewusel.
Gruß
Klaus
Für wenig Taler ein SFP-Modul (>1200nm) kaufen?
(nicht die 8xx nm, die Empfänger gehen nicht bis 1400 nm)
Die haben IR Laser Sender und Empfänger für x GHz fertig aufgebaut.
Beides mit Rechteck aus und Eingang. Mit verschiebaren Spiegel die
Laufzeit Tx zu Rx messen .. und daran denken das pro Meter Kabel auch so
4,5-5 ns anfallen...
Hallo und vielen Dank für die vielen Hinweise und Nachrichten!
Achim S. schrieb:> Wenn du von einem "großen" Widerstand sprichst, meinst du dann einen> Leistungswiderstand?
Damit meine ich die Standard bedrahteten diskreten Widerstände mit
bunten Ringen:
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/e3/3_Resistors.jpg/1200px-3_Resistors.jpg
Da ich den Rl nun eh entfernt habe (siehe unten), lohnt wohl auch ein
Umbauen auf SMD nicht).
Pandur S. schrieb:> Ja, kann man, aber bei 300ps Risetime muss man ein Multi-GHz Layout> bringen.
Mein Aufbau ist eine einfache 2.54mm Lochrrasterplatine, auf die ich die
Bauteile schnell zusammen gelötet habe.
VBIAS wird über Pfostenstecker angebunden.
Das Messsignal geht ebenfalls mit Pfostensteckern auf ein BNC Kabel und
von da mit ca. 70cm Länge zum Oszi.
Klaus S. schrieb:> Willst Du (was Du vermutlich möchtest) die Anstiegszeit für Pulsbetrieb> messen
Genau, mir geht es um die Anstiegszeit des optischen Signals, mit dessen
Hilfe ich Rückschlüsse ziehen möchte auf den hohen Strom, mit dem ich
den Laser treiben möchte. Hier geht es um 4-6A.
Wenn also das optische Signal in 1ns ansteigt weiß ich, dass auch mein
Strom in diesem Bereich ansteigt.
Klaus S. schrieb:> Einzig der Arbeitswiderstand Rl ist m.E. kritisch,> da sollte schon was mit wenig L- und C-Anteil rein.
Ich habe den Lastwiderstand auf der Platine nun entfernt und verwende
die interne Oszi 50-Ohm Terminierung. Damit dürfte das LC Kriterium
nicht mehr so perfekt erfüllt werden bei 70cm BNC Kabel, die via
Pfostensteckern angesteckt sind.
Dennoch konnte ich so das Signal doch verbessern.
Der "Buckel" bleibt immer noch bestehen, aber die steile Flanke hat sich
aufgrund des nun höheren Lastwiderstandes (davor hatte ich ja 2x 50 Ohm
Parallel) verbessert und ich messe nun einen Anstieg im Bereich
650-750ps.
Das sollte für meine Zwecke am Ende ausreichen.
Mir geht es am Ende eher um eine qualitative Aussage, wie schnell der
Strom ca. im Laser ansteigen kann. Da kommt es auf +-200-300ps nicht an.
Ich denke mit dem Aufbau starte ich erstmal meine Versuche.
Zur Not stelle ich den Oszi dann wieder auf den hochohmigen Eingang und
verwendet testweise mal einen 100-200 Ohm Lastwiderstand (dann SMD und
evtl. auch kürzeren Wegen, ohne Pfostenstecker). Das kann ich mir dann
noch hinoptimieren, sofern nötig.
Die entsprechenden Stellschrauben dazu habe ich nun an der Hand - Dank
den Kommentaren hier!
Hat mir sehr geholfen zum Verständnis!
Ich hoffe mein Feedback hilft anderen Noobs vielleicht auch irgendwann
:D
Danke!
Thor schrieb:> Ich habe den Lastwiderstand auf der Platine nun entfernt und verwende> die interne Oszi 50-Ohm Terminierung.
Du hast jetzt >1V Spannungssprung an deinen 50Ohm? Also >20mA Fotostrom
während des Laserpulses?
Nochmal der Hinweis, der schon weiter oben kam: deine Fotodiode ist bis
10mA spezifiziert, nicht darüber. Und das auch nur, wenn du die
günstigstes Wellenlänge hast (1550nm), ansonsten sind es weniger. Wenn
du viel mehr Leistung einstrahlst als für den Dektektor spezifiziert,
kannst du dich nicht mehr darauf verlassen, dass er linear die
Lichtleistung in einen Fotostrom umsetzt.
Außerdem saugt der Strom in dieser Höhe den Kondensator leer, der
eigentlich dazu gedacht ist, die Bias-Spannung ruhig und stabil zu
halten. Bei dir wird sie mit du/dt=20mA/100nF=0,2V/µs absinken. Wenn du
wirklich nur die ersten paar ns der Flanke betrachten willst, spielt das
keine Rolle. Aber für einen sauberen Betrieb des Detektors bei längeren
Pulsen ist das auch nicht im Sinne des Erfinders.
Wie war das nochmals ? Die Laserdiode soll mit dieser Geschwindigkeit
angesteuert werden und das Licht soll dann so zurueckgemessen werden ?
Ja, es gibt mittlerweile Treiber, welche Nanosekunden pulse auf eine
Laderdiode geben koennen, die Lidar Treiber.
So einen hast du nun fertig angeschlossen, oder selbst gebaut ? Dann
wuerd ich doch erst mal das Ansteuersignal messen.
Hallo,
Achim S. schrieb:> Du hast jetzt >1V Spannungssprung an deinen 50Ohm? Also >20mA Fotostrom> während des Laserpulses?
Der Sprung am 50 Ohm sind eher 400mV - also eher 8mA.
Das erste Bild zeigt die Skala vom gelben LVDS Signal und nicht vom
blauen Photo-Signal. Das zweite Bild ist korrekt und zeigt die blaue
Skala.
Pandur S. schrieb:> So einen hast du nun fertig angeschlossen, oder selbst gebaut ?
Ich habe wie im Startpost erwähnt einen HG30 von iC-Haus im Einsatz.
Achim S. schrieb:> Wenn du> wirklich nur die ersten paar ns der Flanke betrachten willst, spielt das> keine Rolle.
Genau, mir geht es eigentlich nur um den ersten Bereich der Flanke, also
wie steil wird der Laser angeschaltet und wie schnell ist der Strom
durch den Laser.
Das Photosignal kann ja nie schneller sein, als der Stromanstieg durch
den laser - maximal langsamer.
Wenn ich also 1ns rise time im Photosignal messe weiß ich, dass der
Strom ebenfalls mit <=1ns ansteigt. Genau diese Aussage brauche ich.
Vielen Dank!
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