Infrarot-Kameras messen Genauigkeit von Laserstrahlen
Für mehr Kopplungseffizienz
Telekommunikationsverbindungen müssen eine unvorstellbare Datenmenge in Echtzeit über weite Strecken transportieren. Um die Ursprungssignale möglichst verlustfrei in die Glasfaserkabel einspeisen zu können, kontrollieren Telekommunikationsunternehmen mit Hilfe von Laser-Beam-Profilern, die mit Infrarotkameras ausgestattet sind, die Leistungswerte der Laser.
Darstellung eines Strahlprofils (Bild: Cinogy Technologies GmbH)
Jeder Internetnutzer, der seine Telefonleitung nutzt, um online Videos oder Fernsehen zu schauen oder andere Dienste in Anspruch zu nehmen, erwartet eine möglichst störungsfreie Bild- und Tonqualität. Um die Qualität und Stabilität des gesendeten Lasersignals sicherzustellen, nutzen Telekommunikationsunternehmen Laserstrahlanalysegeräte, sogenannte Laser-Beam-Profiler. Für den effektiven Einsatz des Lasers ist die Kontrolle und Einhaltung von Parametern wie z.B. Strahllage/-größe, oder Laserstrahlleistung/-verteilung von höchster Bedeutung. Streuverluste der Strahlung sowie verschiedene Einfallwinkeln sollen vermieden werden, wenn die Lichtsignale in das Kabel gekoppelt werden. Bei einem Durchmesser der Faser von ca. 6µm stellt es eine Herausforderung dar, den Strahl so zu bündeln und auszurichten, dass die Kopplungseffizienz, d.h. das Verhältnis vom Ursprungsstrahl zu gekoppelter Leistung, optimal ist. Live-Messungen der entscheidenden Parameter versetzen die Telekommunikationsanbieter in die Lage, kontinuierlich den Strahl zu kalibrieren und damit die Leistung zu optimieren. Die Cinogy Technologies GmbH aus Duderstadt ist ein Anbieter von hochwertigen Laserstrahlcharakterisierungssystemen. Ihre Laserstrahlanalysegeräte für den nahen Infrarotbereich, in den die Telekommunikationswellenlängen fallen, basieren auf modernen InGaAs-Sensoren (IndiumGalliumArsenid-Sensoren) und sind mit IR-Kameras von Allied Vision ausgestattet. Im kurzwelligen Infrarotbereich eignen sich Strahlanalysegeräte besonders zum Vermessen von Lasern. Da CCD- und CMOS-Sensoren für Wellenlängen nur bis max. 1.100nm verwendet werden können, erweitern Kameras auf Basis von InGaAs-Sensoren den messbaren Wellenlängenbereich bis zu 1.700nm. Je nach geforderter Auflösung setzt Cinogy die IR-Kameras Goldeye G-008 SWIR (320×256 Pixel) oder Goldeye G-033 SWIR (640×512 Pixel) zum Laser-Beam-Profiling ein. Beide Kameramodelle verfügen über einen SWIR (short wave infrared) InGaAs-FPA-Sensor und sind im Spektralbereich von 900 bis 1.700nm empfindlich. Dank einer Standard GigE-Schnittstelle mit integrierter Stromversorgung über Ethernet sowie umfangreicher Input/Output-Steuerungsoptionen lassen sich die Kameras problemlos in die komplexen Laser-Beam-Profiler integrieren, betreiben und steuern. Die gekühlten Sensoren innerhalb der Kamera ermöglichen eine Steigerung der Empfindlichkeit und ein niedriges Grundrauschen auch bei langen Belichtungszeiten.
Visualisierung des Laserprofils
Die Laserstrahlung wird direkt auf den InGaAs-Sensor geführt und kann dann analysiert werden. Die Auswertung erfolgt mit der Analysesoftware RayCi. Das Programm ermöglicht in Echtzeitmessung eine kontinuierliche Kontrolle der Strahlparameter, wie z.B. der Kopplungseffizienz. Sind unerwünschte Strukturen im Strahl, zeigt das Laserprofil die Signalverluste live im System an. Um die Stabilität der Leistung zu messen, werden Werte über einen definierten Zeitverlauf gemessen und miteinander verglichen. Visualisiert werden die entscheidenden Parameter in verschiedenen 2D-Profilen, die Form und Verteilung des Strahls wiedergeben. Farblich abgestufte Skalen heben die unterschiedlichen Ausprägungen hervor. Die Software bietet zudem eine XML-RPC-Schnittstelle zur Fernsteuerung. Diese ermöglicht eine einfache Integration der Strahlanalyse in externe Anwendungen. Das Besondere an der Schnittstelle ist die einfache Implementierung in unterschiedlichen Systemplattformen via XML-Befehle, wodurch RayCi z.B. über LabView, Skripte oder Excel gesteuert werden kann.
Fazit
„Mit Laserstrahlcharakterisierungssystemen auf Basis von InGaAs-Sensoren wird es Anwendern aus dem Bereich der Telekommunikation ermöglicht, Laserstrahlanalyse und -optimierung im Infrarotbereich durchzuführen, was mit Systemen auf Basis von CCD oder CMOS Sensoren nicht möglich ist“, betont Andy Kaemling, Geschäftsführer bei Cinogy Technologies die Wahl der Goldeye-Kameramodelle für die Ausstattung der Laser-Beam-Profiler. Die Infrarotkameras kommen jedoch nicht nur in komplexen Systemen zur Anwendung. „Im einfachsten Fall wird der Laser einfach auf den Sensor der Kamera ‚geschossen‘ und die Kamera wandelt das Infrarotlicht in eine sichtbare Aufnahme des Lasers um“, so Kaemling. Die Laserstrahlcharakterisierungssysteme auf Basis von InGaAs-Sensoren sind bereits weltweit im Einsatz. Derzeit entwickelt Cinogy Technologies ein neues Messsystem, das hauptsächlich für den Infrarot-Spektralbereich konzipiert ist und auf die Infrarot-Kameras von Allied Vision als festen Bestandteil des Systems setzt.
