M. Pokorný, Gymnázium Plasy Z. Procházková, Gymnázium Na Vítězné pláni F. Sváček, SPŠSE Dukelská, České Budějovice D. Vít, Gymnázium Trutnov
Úvod Potřeba měření vzdálenosti s nízkoenergetickým laserem a malými teleskopy Klasický vícefotonový princip – velké množství fotonů Využití jednofotonového principu kvůli nedostatečnému množství fotonů
Obsah Teorie – Princip jednofotonové detekce – Výhody – Nevýhody – Využití Měření – Vzdálenost terče – Index lomu skla – Šířka skla – Opakovací frekvence – Šum v pozadí
Princip jednofotonové detekce Single Photon Avalanche Diode (SPAD) Detekce jednotlivých fotonů Měření času jejich příchodu Lavinová dioda – Geiger mód – přepnutá za průrazné napětí Neprochází žádný proud, citlivost na jakýkoliv vzruch (foton, tepelně excitovaný elektron) Při vzruchu vzniká lavinový efekt
SPAD A – za průrazným napětím B – po proražení C – před průrazným napětím
Výhody Nízká hmotnost, malé rozměry Energetická úspornost Absence systematických chyb Nevýhody Více opakování pro získání potřebného množství dat
Využití Využití převážně v kosmu (malá hmotnost) Výškoměr na sondách zkoumajících planety Mapování povrchu planet a asteroidů Synchronizace času na palubních hodinách satelitů SPAD stávající a plánované mise – Čína (Beidou – Compass) – T2L2 – ELT
Zdroj: PROCHÁZKA I. – BLAŽEJ J. – FUMIN Y. –PEICHENG H.: Photon Counting Module for Laser Time Transfer via Earth Orbiting Satellite
Schéma experimentu
LASER ÚTLUM HRANOL SKLO SPAD DĚLIČ SVAZKU
Měření vzdálenosti terče
Měření indexu lomu skla
Měření šířky skla Počet kanálůŠířka (cm)Reálné měření (cm) Bez skla1525, ,51,71, ,73, ,77,56,6 Bez skla II.1527, ,43,43, ,26,76,6
Měření opakovací frekvence laseru Ověřena opakovací frekvence laseru – 1 MHz
Měření šumu v pozadí Čas příchodu fotonů podle exponenciálního rozdělení Rozsvícená lampa – vyšší parametr Větší pravděpodobnost příchodu fotonů v kratším časovém intervalu
Závěr Seznámili jsme se s jednofotonovým principem čítání fotonů Seznámili jsme se s výhodami a nevýhodami použité techniky oproti vícefotonovému měření Při měření vzdáleností jsme dosáhli přesnosti v řádu milimetrů Výsledky experimentu potvrzené manuálním přeměřením