作者： 时间：2022-02-10
在通常情况下，测量脉冲激光器一般会首选全局快门的探测器，比如由DataRay提供的WinCamD‐LCM系列相机，全局快门也叫同步快门，是一种同时打卡或者关闭的形式的快门，在测量脉冲激光时，最好能够做到快门的频率与脉冲激光的频率相同，这样的测量效果最好。但是如果想要采用卷帘快门来测量脉冲激光，也是可实现的，DataRay也提供了另外一种型号的相机，WinCamD-XHR或者WinCamD-UHR，这种光斑分析仪测脉冲激光时使用CMOS型探测器，电子自动滚动快门，也可以做到测量高达25KHz的脉冲激光。
使用带有滚动快门的传感器相机WinCamD-XHR或者WinCamD-UHR光斑分析仪测脉冲激光，会让画面中的每一行在不同的时间打开，在曝光期间保持打开然后关闭。图1左侧的两个框架中的白色块说明了电子快门在框架下“滚动”的这段时间。对于稳定的连续激光来说，这不是问题，但可能会导致脉冲激光移动或者出现问题。如果能够做到以下几点，那么脉冲捕获也可以通过滚动快门CMOS相机实现：
图1：滚动快门
1.一切都是完美的定时。光束的大小和曝光的持续时间、PRR（脉冲重复率）、脉冲宽度(pw)和脉冲定时区域都完全同步，这时使用WinCamD-XHR或者WinCamD-UHR光斑分析仪测脉冲激光时没有任何滚动快门伪影。
2.它是用脉冲平均法测量的。当曝光时间足以平均数个脉冲，最常见的是高脉冲重复率(PRR)时，使用WinCamD-XHR或者WinCamD-UHR也可以进行测量脉冲激光器。
下面将详细讨论这两种情况。
情况1：一切都是完美的定时，在这个情况中，如果激光在曝光期间熄灭且脉冲激光完全在框架内，则可能偶尔会捕获到一个完整的脉冲图像。如果这两个条件成立，有时可能会捕获完整的脉冲图像，也可以捕获部分脉冲，各种测量和方法的示例如下。
2HZ脉冲重复率
-自动曝光，图2中的图像缓冲区序列显示了64帧中的21次捕获，但它们曝光过度。这是因为大多数帧都没有图像，因此自动曝光会自动调整到默认的最大限制100毫秒，过度曝光捕获的脉冲。
图2：2HzPRR,100毫秒脉宽,自动曝光
光束选择对话框可从DataRay软件的工具栏中访问。工具栏中的箭头按钮也可用于在相机停止时循环浏览数据缓冲区。由于这些脉冲很长（10秒），禁用自动曝光并减少曝光时间可以捕获部分脉冲，而不会使传感器饱和，如图3所示。
图3：2赫兹的PRR，100ms脉宽，1.3ms的曝光时间
-通过捕获部分脉冲来减少曝光时间以防止饱和
图3显示减少曝光时间可以在不使传感器饱和的情况下捕获部分脉冲。但是捕获的概率非常低，而且有时需要测量全部脉冲，因此捕获到的部分脉冲并不是所需要的数据。曝光1.3ms时，相机能够捕捉到64帧中的12张完整图像以及一些切碎的图像。此外，由于曝光时间是脉冲宽度的1/10，因此捕获的脉冲都不是完整的脉冲。
-通过将曝光时间设置为1/PRR并降低脉冲能量来捕获完整的脉冲
为了确保捕捉到完整的脉冲，脉冲频率应该被设置为1/PRR，对于2赫兹的脉冲激光来说，需要将曝光时间设置为500ms，如果全脉冲使探测器饱和，如图4a所示，那么必须调整激光，通过衰减器来来降低脉冲能量。图4b显示了降低探测器上的激光脉冲能量后的相同测量结果。
图4：左边为a，右边为b
更高的脉冲重复率
图5显示了更高的重复率如何在较短的曝光时间下提供更完整的图像，以及如何在这种情况下使用DataRay，WinCamD-XHR或者WinCamD-UHR测量脉冲激光器。对于全脉冲，曝光时间可以设置为1/PRR，或者在下一节中讨论的理想情况下，可以设置为平均每个全脉冲的时间。
图5：更高的 PRR 值会产生更完整的图像，即使是在较短的曝光时间。
平均脉冲
如果您的重复率很高，并且您不需要捕获单个脉冲，则平均脉冲是消除滚动快门伪影的最有用方法。
500赫兹的脉冲重复率
在500Hz的PRR中，39.7ms的曝光将平均大约20个脉冲。随着DataRay软件中的帧平均功能设置为平均10，实现了200个脉冲的有效平均值。图6a显示了对500Hz PRR beam进行平均的结果。这提供了一个500Hz的脉冲平均的结果。这提供了一个500毫秒的实时测量数据，这提供了一个50毫秒的有效测量数据。
2K赫兹的脉冲重复率
在更高的PRR值下，每次曝光可以包含更多的脉冲。即使在Dataray软件中选择了NoAveraging，这也允许进行足够的脉冲平均。图6b展示了结果。
图 6：左图显示了 200 脉冲平均使用了曝光时间和帧平均的结果。右图显示了 100 脉冲平均使用仅曝光时间平均而没有额外帧平均的结果。
