In this thesis, I demonstrate a singlephoton Light Detection And Ranging, (LiDAR)system operating at 1550 nm capable of reconstructing 3D environments live withmm resolution at a rate of 400 points per second using eyesafe laser pulses. Thesystem was built using off-the-shelf optical components and analysis was performedusing open-source software. I utilise a single superconducting nanowire single photondetector (SNSPD) with 19 ps time jitter and 85% detection efficiency to achieve a 4 psdepth resolution in live measurements. I also show that by performing slightly moretime costly post analysis of the data it is possible to increase the details and smoothnessof the images. Furthermore, I show that the same LiDAR system and much of the algorithms usedfor 3D LiDAR can be used to perform Optical Time Domain reflectrometry (OTDR)measurements. I demonstrate that the system can identify interfaces between differentrefractive mediums such as fibre to fibre or fibre to air couplings with a depth resolutionof 9 mm along a single line. Using these reflections, I also show that the systemcan identify flaws in optical fibres as well as measure certain characteristics suchas absorption coefficient due to Rayleigh scattering or thermal expansion. Lastly, Idemonstrate that the same OTDR principles used in fibres can be applied to frees-paceoptical setups and that the system can identify specific optical elements as well asmeasure the quality of the alignment of an optical system. / I detta projekt demonstrerar jag ett enstaka foton Light Detection And Ranging,(LiDAR) system som använder ljus med 1550 nm våglängd som är ofarliga för ögon.Systemet kan återskapa 3D miljöer i realtid med 400 punkter per sekund med mmprecision. Systemet är byggt med kommersiellt tillgängliga komponenter och all dataanalys utfördes med opensource mjukvaran ETA. Jag använder en superconductingnanowire single photon detector, (SNSPD) med 19 ps timing jitter och 85 % effektivitetför att uppnå en precision på 4 ps i mätningarna. Jag visar också att genom utföramer tidskrävande postanalys av datan så är det möjligt att öka upplösningen ochjämnheten i bilderna. Utöver detta visar jag att samma LiDAR system och algoritmer kan användas för attutföra Optical Time Domain reflectrometry, (OTDR) mätningar. Jag visar att systemetkan urskilja olika reflektioner från fiber till fiber och fiber till luft kopplingar. Med hjälpav dessa reflektioner visar jag också att det är möjligt att identifiera brister i optiskafiber samt mäta olika egenskaper av fibern som absorbtions koeffcient eller termiskkontraktion. Slutligen visar jag att samma principer av OTDR som används i fiber kantillämpas till free-space optiska system och att det är möjligt att identifera olika optiskaelement samt bedömma linjeringen av det optiska systemet.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-297865 |
| Date | January 2021 |
| Creators | Staffas, Theodor |
| Publisher | KTH, Tillämpad fysik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-SCI-GRU ; 2021:129 |
Page generated in 0.0015 seconds