ES2967496T3 - Detección de impulsos láser de pico mediante temporización de señales de control - Google Patents
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Abstract
En ciertas realizaciones, un sistema para detectar un pulso láser pico incluye un láser, un fotodiodo configurado para detectar pulsos emitidos por el láser y circuitos para detectar una temporización de pulso pico del láser. El circuito está configurado para recibir una serie periódica de señales de voltaje basadas en pulsos láser detectados por el fotodiodo, estirar las señales de voltaje y obtener voltajes muestreados a partir de las señales de voltaje estiradas usando señales de control periódicas. El circuito está configurado además para cambiar la temporización de las señales de control periódicas, comparar los voltajes muestreados para las temporizaciones respectivas de las señales de control y seleccionar una temporización óptima de la señal de control basándose en la comparación. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Detección de impulsos láser de pico mediante temporización de señales de control
CAMPO
La presente divulgación se refiere a sistemas láser y, más particularmente, a un sistema para detectar impulsos láser de pico utilizando temporizaciones de señales de control desplazadas.
ANTECEDENTES
Los sistemas láser pueden generar una serie de impulsos utilizados para diversos fines. Muchos sistemas láser utilizan láseres de femtosegundos que tienen anchos de impulso muy cortos. Debido a estos breves anchos de impulso, la medición y digitalización de los impulsos láser de femtosegundos mediante los sistemas actuales pueden utilizar costosos convertidores analógico-digitales (ADC) de gama alta. Sin embargo, dichos sistemas aún pueden no detectar los impulsos o no captar con precisión el nivel de energía del impulso de pico. Se hace referencia a los documentos US2002154668 y US2007086713, y que se han citado en relación con el estado de la técnica anterior.
SUMARIO
El alcance se define mediante las reivindicaciones. En consecuencia, se da a conocer un aparato que incluye circuitos, un sistema y un procedimiento, tal como se indica en las reivindicaciones independientes. Otros rasgos característicos se dan a conocer en las reivindicaciones dependientes. La memoria descriptiva puede incluir disposiciones fuera del alcance de las reivindicaciones como estado de la técnica anterior y para ayudar a comprender la invención.
En ciertas disposiciones según la invención, un sistema para detectar un impulso láser de pico incluye un láser, un fotodiodo configurado para detectar impulsos (por ejemplo, impulsos de femtosegundos o picosegundos) emitidos por el láser, y circuitería para detectar una temporización de impulso de pico del láser. La circuitería está configurada para recibir una serie periódica de señales de tensión basadas en impulsos de láser detectados por el fotodiodo, ensanchar las señales de tensión y obtener tensiones muestreadas a partir de las señales de tensión ensanchadas utilizando señales de control periódicas. El circuito está configurado, además, para desplazar la temporización de las señales de control periódicas, comparar las tensiones muestreadas para las temporizaciones respectivas de las señales de control, y seleccionar una temporización óptima de la señal de control basada en la comparación. El circuito está configurado, además, para generar un histograma que representa el número de veces que se detectó un impulso de pico para una temporización concreta y para determinar, a partir del histograma, qué temporización tiene más impulsos y para seleccionar una temporización óptima de la señal de control basada en la comparación de qué temporización tiene más impulsos.
En ciertas disposiciones según la invención, un aparato incluye circuitería configurada para recibir una serie periódica de señales de tensión basadas en impulsos de láser (por ejemplo, impulsos de femtosegundos o picosegundos) detectados por un fotodiodo, ensanchar las señales de tensión y obtener tensiones muestreadas a partir de las señales de tensión ensanchadas utilizando señales de control periódicas. El circuito está configurado, además, para desplazar la temporización de las señales de control periódicas, comparar las tensiones muestreadas para las temporizaciones respectivas de las señales de control, y seleccionar una temporización óptima de la señal de control basada en la comparación. El circuito está configurado, además, para generar un histograma que representa el número de veces que se detectó un impulso de pico para una temporización concreta y para determinar, a partir del histograma, qué temporización tiene más impulsos y para seleccionar una temporización óptima de la señal de control basada en la comparación de qué temporización tiene más impulsos.
En ciertas disposiciones según la invención, un procedimiento para detectar un impulso de pico emitido por un láser incluye recibir una serie periódica de señales de tensión basadas en impulsos de láser (por ejemplo, impulsos de femtosegundos o picosegundos) detectados por un fotodiodo, ensanchar las señales de tensión y obtener un conjunto de tensiones muestreadas a partir de las señales de tensión ensanchadas utilizando un conjunto de señales de control desplazadas. Cada señal de control desplazada puede tener un desfase temporal respectivo con respecto a las otras señales de control. El procedimiento también incluye determinar una temporización óptima de la señal de control basada en una comparación de las tensiones muestreadas para cada uno de los desfases de temporización. El procedimiento incluye, además, la generación de un histograma que representa el número de veces que se detectó un impulso de pico para una temporización concreta y determinar, a partir del histograma, qué temporización tiene más impulsos y seleccionar una temporización óptima de la señal de control basada en la comparación de qué temporización tiene más impulsos.
Ciertas realizaciones pueden proporcionar una o más ventajas técnicas, en algunos casos. Por ejemplo, en algunos aspectos, todos los impulsos láser emitidos pueden detectarse y medirse con precisión para los niveles de energía de impulso de pico. Además, en algunos aspectos, las secuencias de impulsos de láser de femtosegundos pueden detectarse a una velocidad de repetición de 50 kHz o superior, incluyendo, de forma no limitativa, velocidades de repetición en el intervalo de 50 a 500 kHz. Algunos aspectos pueden lograr estas ventajas a un coste inferior al de los sistemas actuales
Estas y otras ventajas serán evidentes para los expertos en la materia tras observar los presentes dibujos y la memoria descriptiva.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para una comprensión más completa de la presente divulgación y sus ventajas, ahora se hace referencia a la siguiente descripción tomada junto con los dibujos adjuntos, en los que los mismos numerales de referencia indican las mismas características, y en los que:
La figura 1A es un diagrama de un sistema de ejemplo para detectar la temporización de impulsos de pico de un sistema láser.
La figura 1B es un diagrama de una implementación de ejemplo del muestreador de impulsos de la figura 1 A. La figura 2A es un diagrama de un circuito fotodetector de ejemplo para convertir una señal óptica en una señal de tensión.
La figura 2B es un diagrama de un circuito integrador de ejemplo para ensanchar una señal de tensión. La figura 2C es un diagrama de un circuito de expansión de impulsos de ejemplo para muestrear y mantener una señal de tensión.
La figura 2D es un diagrama de un circuito lógico de expansión de impulsos de ejemplo para el circuito de expansión de impulsos de la figura 2C.
La figura 3 es un gráfico de ejemplo de formas de onda para una señal de tensión de un circuito fotodetector y para una señal de reloj del sistema.
Las figuras 4A-4B son gráficos de ejemplo de formas de onda para una señal de tensión de un circuito fotodetector y para una señal de tensión ensanchada.
La figura 5 es un gráfico de ejemplo de formas de onda para una señal de tensión ensanchada y una señal de control para el muestreo de la señal de tensión ensanchada.
La figura 6 es un gráfico de ejemplo de una forma de onda asociada a una señal de tensión muestreada utilizando una señal de control.
Las figuras 7A-7E son diagramas que muestran muestreos de ejemplo de señales de tensión de fotodetectores utilizando señales de control de temporización desplazada.
La figura 8 es un diagrama que muestra un proceso de inicialización de ejemplo para un sistema de detección de impulsos de pico.
La figura 9 es un diagrama que muestra un proceso de ejemplo para contar impulsos de pico detectados por un sistema de detección de impulsos de pico.
La figura 10 es un diagrama que muestra un proceso de ejemplo para determinar la fluctuación asociada con diferentes temporizaciones de la señal de control para un sistema de detección de impulsos de pico.
La figura 11 es un diagrama de flujo de un proceso de ejemplo para determinar la temporización de la señal de control para detectar impulsos de pico de un sistema láser.
Una persona experta en la materia comprenderá que los dibujos, que se describen a continuación, tienen únicamente fines ilustrativos y no pretenden limitar el alcance de la divulgación del solicitante.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
Con el fin de promover la comprensión de los principios de la presente divulgación, se hará referencia, a continuación, a las realizaciones ilustradas en los dibujos y se utilizará un lenguaje específico para describirlas. No obstante, se comprenderá que no se pretende limitar el alcance de la divulgación. Se contemplan alteraciones y modificaciones adicionales de los sistemas, dispositivos y procedimientos descritos, y cualquier otra aplicación de los principios de la presente divulgación, como las que normalmente se le ocurrirían a un experto en la materia a la que se refiere la divulgación. En concreto, se contempla que los sistemas, dispositivos y/o procedimientos descritos con respecto a una realización pueden combinarse con las características, componentes y/o etapas descritos con respecto a otras realizaciones de la presente divulgación. Sin embargo, por ser breves, no se describirán por separado las numerosas iteraciones de estas combinaciones. Para simplificar, en algunos casos se utilizan los mismos números de referencia en todos los dibujos para referirse a partes iguales o similares.
La figura 1A es un diagrama de un sistema 100 de detección de impulsos de pico de ejemplo. En algunas realizaciones, el sistema 100 de detección de impulsos de pico puede determinar una temporización óptima de la señal de control para detectar impulsos de pico de un sistema láser de femtosegundos o picosegundos. El sistema 100 de detección de impulsos de pico incluye un sistema láser 102, un circuito fotodetector 104, un ensanchador de impulsos 106, un muestreador de impulsos 108, y un sistema de control 110.
El sistema láser 102 genera una serie de impulsos láser, que se dirigen hacia el circuito fotodetector 104. En algunos casos, el sistema láser 102 incluye un láser de femtosegundos o de picosegundos, tal como un láser basado en iterbio (por ejemplo, Yb:Vidrio o fibra dopada con Yb), un láser basado en erbio (por ejemplo, fibra dopada con Er), un láser de zafiro de titanio (TiAl2O3), un láser basado en cromo (por ejemplo, Cr:LiSAF Cr:LiCAF o Cr:LiSGAF), un láser de alejandrita, un láser de granate de itrio y aluminio dopado con neodimio (Nd:YAG), un láser basado en semiconductores o colorantes, u otro tipo de láser. En ciertos ejemplos, los impulsos de láser pueden estar comprendidos en el intervalo de 300 femtosegundos a 1,2 picosegundos, de 500 a 1000 femtosegundos, de 700 a 900 femtosegundos, o aproximadamente 800 femtosegundos. El sistema láser 102 puede ser un componente de un sistema mayor no mostrado en la figura 1A. Por ejemplo, en algunas realizaciones, el sistema láser 102 es un componente de un sistema quirúrgico láser oftálmico para cirugía refractiva, o del segmento anterior o posterior, un sistema de Tomografía de Coherencia Óptica (OCT) u otros tipos de dispositivos médicos o sistemas quirúrgicos o de diagnóstico oftálmicos. En ciertos ejemplos, el sistema láser 102 puede comprender un sistema quirúrgico láser oftálmico, tal como el sistema láser LenSx® o el sistema láser WaveLight® FS200 fabricado por la firma Alcon.
El circuito fotodetector 104 recibe impulsos del sistema láser 102 y convierte la información óptica de los impulsos en información eléctrica. En algunas realizaciones, el circuito fotodetector 104 incluye un fotodiodo que convierte las señales de impulsos ópticos recibidas del sistema láser 102 en señales de impulsos de tensión. Además, en algunas realizaciones, el circuito fotodetector 104 puede incluir un circuito amplificador operacional (opamp) además del fotodiodo. En algunas realizaciones, por ejemplo, el circuito fotodetector 104 puede configurarse de forma similar al circuito fotodetector 210 de la figura 2A, y puede configurarse para producir una salida de señal de tensión similar a la forma de onda 302 de la figura 3 o a la forma de onda 402 de la figura 4A.
El ensanchador de impulsos 106 recibe las señales de tensión generadas por el circuito fotodetector 104 y ensancha las señales de tensión. En algunas realizaciones, el ensanchador de impulsos 106 puede incluir un circuito integrador que ensancha las señales de tensión recibidas del circuito fotodetector. El circuito integrador puede incluir dos o más opamps en cascada. En algunas realizaciones, por ejemplo, el ensanchador de impulsos 106 puede configurarse de forma similar al circuito integrador 220 de la figura 2b , y puede configurarse para producir una salida de señal de tensión ensanchada similar a la forma de onda 404 de la figura 4B o a la forma de onda 502 de la figura 5.
El muestreador de impulsos 108 recibe las señales de tensión ensanchadas del ensanchador de impulsos 106 y proporciona una tensión muestreada basada en las señales de tensión ensanchadas recibidas. El muestreador de impulsos 108 puede incluir lógica que muestrea las señales de tensión ensanchadas basándose en señales de control recibidas del sistema de control 110. En algunas realizaciones, el muestreador de impulsos 108 mantiene la tensión muestreada durante un periodo de tiempo. En algunas realizaciones, por ejemplo, el muestreador de impulsos 108 puede configurarse de forma similar al circuito de expansión de impulsos 230 de la figura 2C, y puede configurarse para proporcionar una salida de señal de tensión similar a la forma de onda 602 de la figura 6.
El sistema de control 110 proporciona señales de control al muestreador de impulsos 108 para el muestreo de las señales de tensión ensanchadas. Las señales de control pueden generarse de manera periódica basándose en una tasa de repetición del sistema láser 102. En algunas realizaciones, las señales de control pueden ser señales de impulso que están alineadas con una secuencia de impulso estimada para el sistema láser 102. Por ejemplo, el sistema de control 110 puede generar impulsos de onda cuadrada a una tasa de repetición que es sustancialmente similar a una tasa de repetición nominal para el sistema láser 102 (por ejemplo, dentro del 1 al 10 % de la tasa de repetición). En algunas realizaciones, por ejemplo, las señales de control pueden tener un formato similar a la forma de onda 504 de la figura 5.
Además, el sistema de control 110 recibe señales de tensión muestreadas del muestreador de impulsos 108 y analiza las señales recibidas para determinar una temporización óptima de la señal de control. El sistema de control 110 desplaza la temporización de las señales de control proporcionadas al muestreador de impulsos 108, compara los valores de tensión muestreados para los diferentes desplazamientos de la temporización de la señal de control y selecciona una temporización de la señal de control basándose en la comparación. El sistema de control 110 desplaza un paso de tiempo la temporización de las señales de control, y compara los valores de tensión muestreados para determinar qué paso de tiempo proporciona un valor de tensión muestreada pico (que puede coincidir con el muestreo de la señal de tensión ensanchada más cerca del punto de impulso de pico). Por ejemplo, el sistema de control 110 puede desplazar la temporización de la señal de control en pasos de 5 ns, como se muestra en las figuras 7A-7E, y comparar las tensiones muestreadas resultantes para determinar un desplazamiento óptimo de la temporización de la señal de control. Los pasos de tiempo pueden ser otro valor adecuado, tal como 2 ns, 7 ns, u otra cantidad de paso de tiempo.
El sistema de control 110 incluye un procesador 112, una memoria 114 y una interfaz 116. El procesador 112 de ejemplo ejecuta instrucciones, por ejemplo, para generar datos de salida en función de entradas de datos. Las instrucciones pueden incluir programas, códigos, secuencias u otros tipos de datos almacenados en la memoria. Además, o alternativamente, las instrucciones pueden codificarse como circuitos lógicos preprogramados o reprogramables, puertas lógicas u otros tipos de componentes de hardware o firmware. El procesador 112 puede ser o incluir un microprocesador de propósito general, como un coprocesador especializado u otro tipo de aparato de procesamiento de datos. En algunos casos, el procesador 112 puede estar configurado para ejecutar o interpretar software, secuencias, programas, funciones, ejecutables u otras instrucciones almacenadas en la memoria 114 para determinar una temporización de señal de control óptico para detectar impulsos de pico de un sistema láser. En algunos casos, el procesador 112 incluye múltiples procesadores.
La memoria 114 de ejemplo incluye uno o más medios legibles por ordenador. Por ejemplo, la memoria 114 puede incluir un dispositivo de memoria volátil, un dispositivo de memoria no volátil, o una combinación de los mismos. La memoria 114 puede incluir uno o más dispositivos de memoria de solo lectura, dispositivos de memoria de acceso aleatorio, dispositivos de memoria intermedia o una combinación de estos y otros tipos de dispositivos de memoria. La memoria 114 puede almacenar instrucciones que son ejecutables por el procesador 112.
La interfaz 116 de ejemplo proporciona comunicación entre el sistema de control 110 y uno o más dispositivos. Por ejemplo, la interfaz 116 puede incluir una o más interfaces de hardware que permiten la interacción con el sistema de control 110 por un usuario, como a través de un teclado, ratón, pantalla táctil, y similares. Como otro ejemplo, la interfaz 116 puede incluir una interfaz de red (por ejemplo, una interfaz inalámbrica o una interfaz cableada) que permite la comunicación entre el sistema de control 110 y el muestreador de impulsos 108. La interfaz 116 puede incluir otro tipo de interfaz.
La figura 1B es un diagrama de una implementación de ejemplo del muestreador de impulsos 108 de la figura 1 A. En el ejemplo mostrado, el muestreador de impulsos 108 está configurado para obtener tensiones muestreadas para los respectivos desplazamientos de la temporización de las señales de control en paralelo entre sí, en comparación con la realización de desplazamientos de tiempo secuenciales y la obtención de las tensiones muestreadas en serie (por ejemplo, como se describe a continuación con respecto a la figura 11). En la implementación de ejemplo, una señal de control se divide en N canales y se aplican N desplazamientos de tiempo diferentes. Las diferentes señales de control desplazadas en el tiempo se utilizan entonces para muestrear señales de tensión ensanchadas recibidas del ensanchador de impulsos 106, y las diferentes tensiones muestreadas se proporcionan al sistema de control 110 para su análisis como se describe a continuación.
La figura 2A es un diagrama de un circuito fotodetector 210 de ejemplo para convertir una señal óptica en una señal de tensión. El circuito fotodetector 210 de ejemplo incluye un fotodiodo 212 que recibe las señales ópticas (por ejemplo, de un láser) y convierte las señales ópticas en señales de tensión. Las señales de tensión del fotodiodo 212 se introducen entonces en el opamp 214, que proporciona una señal de salida de tensión amplificada o amortiguada en el terminal 216. En algunas realizaciones, la señal de salida en el terminal 216 es similar a la forma de onda 402 de la figura 4A.
La figura 2B es un diagrama de un circuito integrador 220 de ejemplo para ensanchar una señal de tensión. El circuito integrador 220 de ejemplo incluye un terminal de entrada 226 que recibe señales de tensión para ensanchamiento. En algunas realizaciones, la señal de tensión introducida en el terminal 226 puede ser la misma que la señal de tensión en el terminal 216 de la figura 2A. La señal de tensión de entrada en 226 se pasa a los opamps en cascada 222, 224, que están configurados para integrar y ensanchar la señal de tensión de entrada y proporcionar una señal de tensión de salida ensanchada en el terminal 228. En algunas realizaciones, la señal de entrada en el terminal 226 es similar a la forma de onda 402 de la figura 4A y la señal de salida en el terminal 228 es similar a la forma de onda 404 de la figura 4B.
La figura 2C es un diagrama de un circuito de expansión de impulsos 230 de ejemplo para muestrear y mantener una señal de tensión. El circuito de expansión de impulsos 230 de ejemplo incluye una lógica de expansión de impulsos 232 que recibe una señal de tensión en el terminal 236, muestrea la señal de tensión basándose en una señal de control recibida en el terminal 234, y proporciona una señal de salida en el terminal 238. La lógica de expansión de impulsos 232 puede incluir uno o más opamps u otro circuito lógico adecuado. Por ejemplo, en algunas realizaciones, la lógica de expansión de impulsos 232 incluye un opamp OPA615. Como otro ejemplo, en algunas realizaciones, la lógica de expansión de impulsos 232 está configurada de forma similar al circuito 240 de la figura 2D. La entrada de señal de tensión en el terminal 236 puede ser la misma que la señal de tensión en el terminal 228 de la figura 2B. En algunas realizaciones, la entrada de señal de tensión en el terminal 236 es similar a la forma de onda 502 de la figura 5, la entrada de señal de control en el terminal 234 es similar a la forma de onda 504 de la figura 5, y la señal de salida en el terminal 238 es similar a la forma de onda 602 de la figura 6.
La figura 2D es un diagrama de un circuito lógico de expansión de impulsos 240 de ejemplo para el circuito de expansión de impulsos de la figura 2C. El circuito lógico de expansión de impulsos 240 incluye terminales de entrada 242, 244, 246, un MOSFET de canal n 248, un circuito RC 250, un opamp de alta velocidad no inversor 252 y un terminal 254. Los terminales 242, 244 pueden recibir las mismas señales que se han descrito anteriormente con respecto a los terminales 234, 246, respectivamente, y el terminal 254 puede emitir las mismas señales que se han descrito anteriormente con respecto al terminal 238. El terminal 246 puede recibir una tensión de polarización para el opamp 252.
La figura 3 es un gráfico de ejemplo de formas de onda 302, 304 para una señal de tensión de un circuito fotodetector y para una señal de reloj del sistema, respectivamente. En el ejemplo mostrado, la forma de onda 304 de la señal de reloj se utiliza para muestrear la forma de onda 302 de un circuito fotodetector (por ejemplo, el circuito fotodetector 210 de la figura 2A). La tensión muestreada puede ser usada como un proxy para la energía de impulso de pico de un sistema láser. Sin embargo, como se muestra, debido a que la forma de onda de la señal de reloj 304 no coincide exactamente con la forma de onda de la señal de impulso 302, el muestreo puede ser inconsistente y proporcionar niveles de energía de impulso de pico inexactos. Por ejemplo, en el ejemplo mostrado, la tensión del impulso de pico para la forma de onda 302 es de aproximadamente 500 mV, pero en el ejemplo mostrado, la señal de reloj muestrea la forma de onda en la intersección de las respectivas formas de onda, lo que puede proporcionar una lectura de impulso de pico de aproximadamente 400 mV.
Las figuras 4A-4B son gráficos de ejemplo de formas de onda 402, 404 para una señal de tensión de un circuito fotodetector y para una señal de tensión ensanchada, respectivamente. La forma de onda 402 de la figura 4A puede representar una tensión de salida de un circuito fotodetector (por ejemplo, el circuito fotodetector 210 de la figura 2A), mientras que las formas de onda 404 de la figura 4B pueden representar una salida de un circuito integrador (por ejemplo, el circuito integrador 220 de la figura 2B). En el ejemplo mostrado, los impulsos de la forma de onda 402 pueden ser de aproximadamente 2 ns, mientras que los impulsos de la forma de onda 404 pueden ser de aproximadamente 10 a 12 ns. La forma de onda de tensión ensanchada 404 puede usarse para muestreo en un sistema de detección de impulso de pico, tal como el sistema de detección de impulso de pico 100 de la figura 1 A.
La figura 5 es un gráfico de ejemplo de formas de onda 502, 504 para una señal de tensión ensanchada y una señal de control para el muestreo de la señal de tensión ensanchada, respectivamente. En el ejemplo mostrado, la forma de onda 502 es emitida por un ensanchador de impulsos (por ejemplo, el ensanchador de impulsos 106 de la figura 1 A) que ha ensanchado una señal de tensión recibida de un circuito fotodetector (por ejemplo, el circuito fotodetector 104 de la figura 1A). La forma de onda 504 representa una señal de tensión utilizada para el muestreo de la forma de onda de señal de tensión ensanchada 502. El muestreo realizado por la forma de onda 504 puede basarse en una intersección de las formas de onda 502, 504. En el ejemplo mostrado, la forma de onda 504 es una onda cuadrada periódica. La forma de onda 504 puede tener otro formato. En algunas realizaciones, la forma de onda 502 puede ser similar a la forma de onda 404 de la figura 4B.
La figura 6 es un gráfico de ejemplo de una forma de onda 602 asociada con una señal de tensión muestreada usando una señal de control. Por ejemplo, la forma de onda 602 puede producirse muestreando la forma de onda 502 utilizando la forma de onda de señal de control 504. La forma de onda 602 puede ser emitida por un muestreador de impulsos (por ejemplo, el muestreador de impulsos 108 de la figura 1 A) basado en señales de control (por ejemplo, la forma de onda de señal de control 504 de la figura 5) recibidas desde un sistema de control (por ejemplo, el sistema de control 110 de la figura 1A). La forma de onda 602 puede indicar un nivel de energía de impulso de pico estimado para un sistema láser (por ejemplo, el sistema láser 102 de la figura 1 A).
Las figuras 7A-7E son diagramas que muestran muestreos de ejemplo de señales de tensión de fotodetectores utilizando señales de control de temporización desplazada. En los ejemplos mostrados, las formas de onda de la señal de control 702 se utilizan para muestrear las formas de onda de la señal de tensión ensanchada 704 para producir las formas de onda 706. La forma de onda 702 puede ser similar a la forma de onda 504 de la figura 5, la forma de onda 704 puede ser similar a la forma de onda 502 de la figura 5, y la forma de onda 706 puede ser similar a la forma de onda 602 de la figura 6. Como se muestra en las figuras 7A-7E, una temporización de las señales de control 702 puede ser desplazada para muestrear las formas de onda 704 en diferentes puntos, produciendo diferentes valores de pico en las formas de onda 706. En los ejemplos mostrados, las señales de control 702 se desplazan en pasos de tiempo de 5 ns alrededor de una temporización nominal de señal de control, siendo los desplazamientos /-10 ns, /-5 ns y 0 ns (es decir, la temporización de señal de control nominal). Las formas de onda muestreadas 706 pueden ser obtenidas por un muestreador de impulsos en serie (es decir, obtener la forma de onda 706A, luego 706B, y así sucesivamente) o en paralelo (por ejemplo, las formas de onda 706 se obtienen simultáneamente, tal como usando la implementación de un muestreador de impulsos descrito anteriormente con respecto a la figura 1B).
Por ejemplo, en la figura 7A, la temporización de la señal de control se ha desplazado -10 ns, produciendo tal desplazamiento de la temporización una tensión muestreada de aproximadamente 485 mV. En la figura 7B, la temporización de la señal de control ha sido desplazada -5 ns, produciendo tal desplazamiento de la temporización produciendo una tensión muestreada de aproximadamente 560 mV. En la figura 7C, la temporización de la señal de control se ha desplazado 0 ns (y es, por tanto, la temporización nominal de la señal de control), produciendo tal desplazamiento de la temporización una tensión muestreada de aproximadamente 600 mV. En la figura 7D, la temporización de la señal de control se ha desplazado 5 ns, produciendo tal desplazamiento de la temporización una tensión de pico muestreada de aproximadamente 620 mV. En la figura 7E, la temporización de la señal de control se ha desplazado 10 ns, produciendo tal desplazamiento de la temporización una tensión muestreada de aproximadamente 635 mV. Estas tensiones de pico muestreadas pueden ser analizadas por un sistema de control para determinar una temporización óptima para las señales de control utilizadas para muestrear las señales de tensión ensanchadas en un sistema de detección de impulsos de pico. Por ejemplo, un sistema de control configurado de forma similar al sistema de control 110 de la figura 1A puede determinar que el desplazamiento de 10 ns en los ejemplos mostrados en las figuras 7A-7E es el desplazamiento óptimo de la temporización de la señal de control, ya que produjo la tensión muestreada más alta en las formas de onda 706.
La figura 8 es un diagrama que muestra un proceso de inicialización 800 de ejemplo para un sistema de detección de impulsos de pico. El sistema de detección de impulsos de pico puede configurarse de forma similar al sistema de detección de impulsos de pico 100 de la figura 1 A. En el ejemplo mostrado, el tren de impulsos 802 representa impulsos de un sistema láser para el que se realiza la detección de impulsos de pico, y los modos 804 representan diferentes modos de operación del sistema de detección de impulsos de pico en varios momentos. El modo de caza 806 de ejemplo representa un periodo de preestablecimiento para el sistema láser (por ejemplo, en el encendido del sistema láser), durante el cual el sistema láser se está inicializando. El modo de caza 806 puede durar un número N de impulsos detectados del sistema láser antes de pasar al modo de sincronización 808, durante el cual un sistema de control sincroniza su temporización de señal de control para el muestreo de impulsos generados por el sistema láser. El modo de sincronización 808 también puede durar un número N de impulsos detectados del sistema láser. Hay dos etapas de ejemplo del modo de sincronización 808: modo de calibración 810 y modo normal 812. Durante el modo de calibración 810, el sistema de detección de impulsos de pico analiza diferentes desplazamientos en la temporización de la señal de control para determinar una temporización óptima de la señal de control para el muestreo de señales de tensión basadas en impulsos del sistema láser. Por ejemplo, la temporización de la señal de control puede ser desplazada como se describió anteriormente con respecto a las figuras 7A-7E durante el modo de calibración 810. Durante el modo normal 812, los impulsos del sistema láser son medidos y analizados usando la temporización óptima de la señal de control determinada durante el modo de calibración 810.
La figura 9 es un diagrama que muestra un proceso 900 de ejemplo para contar impulsos de pico detectados por un sistema de detección de impulsos de pico. El sistema de detección de impulsos de pico puede configurarse de forma similar al sistema de detección de impulsos de pico 100 de la figura 1A. En el ejemplo mostrado, el tren de impulsos 902 representa señales de tensión basadas en impulsos de un sistema láser para el que se está realizando la detección de impulsos de pico, las temporizaciones 904 representan desplazamientos de temporización (en un número de n pasos de tiempo, por ejemplo, 5 ns) de las señales de control utilizadas para el muestreo del tren de impulsos 902, los impulsos 906 representan las señales de control utilizadas para el muestreo del tren de impulsos 902 en la temporización 904 indicada, el contador 908 representa un contador para el seguimiento de un número de impulsos detectados en la temporización 904 indicada, y el contador 910 representa un contador para el seguimiento de un número de impulsos no detectados en la temporización 904 indicada. Por ejemplo, en la figura 9, los impulsos N, N+1 y N+M son muestreados en el paso de tiempo de n+1 (por ejemplo, 5 ns) y el contador 908 es incrementado de acuerdo a esto. Sin embargo, el impulso N+K no es detectado usando una señal de control en el tiempo de n+1, por lo que el contador 910 es incrementado en lugar del contador 908. Los valores de contador pueden ser usados en un análisis de fluctuación para varias temporizaciones de la señal de control, tal como el proceso 1000 de la figura 10.
La figura 10 es un diagrama que muestra un proceso 1000 de ejemplo para determinar la fluctuación asociada con diferentes temporizaciones de la señal de control para un sistema de detección de impulsos de pico. El sistema de detección de impulsos de pico puede configurarse de forma similar al sistema de detección de impulsos de pico 100 de la figura 1 A. En el ejemplo mostrado, el tren de impulsos 1002 representa señales de tensión basadas en impulsos de un sistema láser para el que se está realizando la detección de impulsos de pico, las temporizaciones 1004 representan desplazamientos de temporización (en un número de n pasos de tiempo, por ejemplo, 5 ns) de las señales de control usadas para muestrear el tren de impulsos 1002, los impulsos 1006 representan las señales de control usadas para muestrear el tren de impulsos 1002 en la temporización 1004 indicada, y el contador 1008 representa un contador para seguir la temporización 1004 indicada usada para detectar un impulso de pico. Por ejemplo, el impulso N del tren de impulsos 1002 se detecta en la temporización n, los impulsos N+1 y N+K se detectan en la temporización n+1, y el impulso N+M se detecta en la temporización n+2, como se muestra en el contador 1008. Al final del período de calibración, se puede generar el histograma 1010. El histograma 1010 representa un número de veces que se detectó un impulso de pico para una temporización 1004 particular. En el ejemplo según la invención mostrado, la temporización de n+1 ha detectado el mayor número de impulsos y, por lo tanto, se selecciona como el desplazamiento óptimo de la temporización de la señal de control. En algunos casos, por ejemplo, un sistema láser puede tener una frecuencia de repetición de impulsos de 50 kHz. Si los impulsos se detectan utilizando señales de control a 100 MHz, la señal de control puede realizar un ciclo 2000 veces entre cada detección de impulso de pico. Sin embargo, en algunos casos, puede haber ligeramente más o menos ciclos de señal de control entre detecciones. Por ejemplo, en algunos casos, sin embargo, la señal de control puede realizar un ciclo 1999, 2001, o 2002 veces antes de detectar un impulso pico. Contando el número de ciclos entre cada detección de impulso de pico, y creando datos de histograma (como el histograma 1010), se puede determinar una temporización óptima de la señal de control. Este principio se aplica de forma análoga para las realizaciones en las que el sistema láser genera impulsos láser a otras velocidades, como en el intervalo de 50 a 500 kHz, y particularmente entre 50 a 250 kHz.
La figura 11 es un diagrama de flujo de un proceso 1100 de ejemplo para determinar la temporización de la señal de control para detectar impulsos de pico de un sistema láser. Las operaciones del proceso 1100 de ejemplo pueden ser realizadas por componentes de un sistema de detección de impulsos de pico (por ejemplo, el sistema de detección de impulsos de pico de detección de impulsos de pico 100 de la figura 1A). El proceso 1100 de ejemplo puede incluir operaciones adicionales o diferentes, y las operaciones pueden realizarse en el orden mostrado o en otro orden. En algunos casos, una o más de las operaciones mostradas en la figura 11 se implementan como procesos que incluyen múltiples operaciones, subprocesos u otro tipo de rutinas. En algunos casos, las operaciones pueden combinarse, realizarse en otro orden, realizarse en paralelo, iterarse o repetirse o realizarse de otra manera.
En 1102, se generan señales de tensión basadas en impulsos láser. En algunas realizaciones, esto puede hacerse convirtiendo la energía óptica de los impulsos láser en energía eléctrica. Por ejemplo, la señal de tensión puede ser generada usando un circuito fotodetector similar al circuito fotodetector 210 de la figura 2A que incluye un fotodiodo para convertir las señales ópticas en señales eléctricas. Las señales de tensión generadas en 1102 pueden ser formateadas de manera similar a la forma de onda 402 de la figura 4A.
En 1104, las señales de tensión generadas en 1102 se ensanchan. En algunas realizaciones, las señales de tensión pueden ser ensanchadas usando un circuito integrador. Por ejemplo, las señales de tensión pueden ser ensanchadas usando un circuito integrador similar al circuito integrador 220 de la figura 2B que incluye opamps en cascada. Las señales de tensión ensanchadas generadas en 1104 pueden ser formateadas de manera similar a la forma de onda 404 de la figura 4B.
En 1106, las señales de tensión ensanchadas de 1104 son muestreadas usando una señal de control periódica. En algunas realizaciones, las señales de tensión ensanchadas son muestreadas por un muestreador de impulsos similar al muestreador de impulsos 108 de la figura 1A basándose en señales de control generadas por un sistema de control similar al sistema de control 110 de la figura 1 A. Las señales de control pueden tener una tasa de repetición similar a la tasa de repetición del sistema láser bajo análisis. En algunos casos, la señal de control periódica puede ser una señal periódica de onda cuadrada. Por ejemplo, la señal de control periódica tiene un formato similar a la forma de onda 504 de la figura 5. En algunas realizaciones, el muestreo de las señales de control incluye mantener una tensión muestreada durante un tiempo predeterminado. Por ejemplo, la tensión puede ser mantenida como se muestra en la forma de onda 602 de la figura 6, de manera que pueda ser leída efectivamente por el sistema de control 110.
En 1108, se determina si se detecta un pico en un conjunto de tensiones muestreadas generadas en 1106. En algunas realizaciones, esto puede hacerse detectando si ha cambiado una tendencia en las tensiones muestreadas. Refiriéndose a los ejemplos mostrados en las FIGS. 7A-7E, la tendencia en las tensiones muestreadas es creciente. Si se ha detectado un pico en una temporización de la señal de control particular (por ejemplo, 10 ns en la figura 7E), por ejemplo, la siguiente tensión muestreada puede iniciar una tendencia descendente en los valores de la tensión muestreada. Basándose en este cambio en la tendencia de las tensiones muestreadas, se puede determinar si ya se ha detectado un pico.
Si se detecta un pico en 1108, entonces la temporización de la señal de control se desplaza un paso de tiempo en 1109 y las señales de tensión ensanchadas se muestrean utilizando la señal de control desplazada en 1006. Sin embargo, si se detecta un pico en 1008, entonces se determina una temporización óptima de la señal de control basada en el conjunto de tensiones muestreadas recogidas por el muestreo realizado en 1006. En algunas realizaciones, esto puede implicar la comparación de cada una de las tensiones muestreadas para los respectivos desplazamientos de la temporización de la señal de control, y la selección de un desplazamiento de la temporización de la señal de control basado en la comparación. Las tensiones muestreadas pueden compararse hasta un último desplazamiento de paso de tiempo. En algunos casos, el desplazamiento de la temporización de la señal de control asociado con una tensión muestreada más alta puede seleccionarse como la temporización óptima de la señal de control.
Ciertas operaciones del proceso 1100 pueden modificarse en algunos casos. Por ejemplo, las señales de tensión ensanchadas pueden muestrearse con diferentes temporizaciones de la señal de control en paralelo en 1106. Por ejemplo, la señal de tensión ensanchada puede dividirse varias veces, y cada división de la señal de tensión ensanchada puede muestrearse utilizando una señal de control con un desplazamiento de tiempo diferente. Como un ejemplo, la tensión ensanchada puede ser dividida y muestreada como se muestra en la figura 1B y se ha descrito anteriormente.
Además, en algunos casos, se pueden realizar operaciones adicionales durante el proceso 1100. Por ejemplo, puede contarse un número de impulsos para los respectivos desplazamientos de la temporización de la señal de control (por ejemplo, tal como se muestra en el análisis de fluctuación de la figura 10), y puede seleccionarse el desplazamiento óptimo de la temporización de la señal de control basándose en los recuentos para los respectivos desplazamientos de la temporización de la señal de control.
Algunos de los temas y operaciones descritos en esta memoria descriptiva pueden implementarse en circuitos electrónicos digitales, o en software, firmware o hardware informático, incluidas las estructuras divulgadas en esta memoria descriptiva y sus equivalentes estructurales, o combinando uno o más de estos. Como ejemplos que no forman parte de la invención y que permiten una mejor comprensión, parte de la materia descrita en esta memoria descriptiva puede implementarse como uno o más programas informáticos, es decir, uno o más módulos de instrucciones de programas informáticos, codificados en un medio de almacenamiento legible por ordenador para su ejecución por, o para controlar el funcionamiento de, aparatos de procesamiento de datos. Un medio de almacenamiento legible por ordenador puede ser, o puede estar incluido en un dispositivo de almacenamiento legible por ordenador, un sustrato de almacenamiento legible por ordenador, una matriz o dispositivo de memoria de acceso aleatorio o en serie, o una combinación de uno o más de estos. Además, mientras que el medio de almacenamiento legible por ordenador no sea una señal propagada, el medio de almacenamiento legible por ordenador puede ser una fuente o destino de instrucciones de programa informático codificadas en una señal propagada generada artificialmente. El medio de almacenamiento legible por ordenador también puede ser, o estar incluido en, uno o más componentes o medios físicos separados (por ejemplo, múltiples CD, discos u otros dispositivos de almacenamiento).
Algunas de las operaciones descritas en la presente memoria descriptiva pueden implementarse como operaciones realizadas por un aparato de procesamiento de datos en datos almacenados en uno o más dispositivos de almacenamiento legibles por ordenador o recibidos desde otras fuentes. La expresión "aparato de procesamiento de datos" abarca todo tipo de aparatos, dispositivos y máquinas para procesar datos, incluidos, a modo de ejemplo, un procesador programable, un ordenador, un sistema en un chip, o múltiples o combinaciones de los anteriores. El aparato puede incluir un circuitos lógicos de uso especial, por ejemplo, una FPGA (matriz de puertas programables en campo) o un ASIC (circuito integrado específico de la aplicación). El aparato también puede incluir, además del hardware, código que crea un entorno de ejecución para el programa informático en cuestión, por ejemplo, código que constituye el firmware del procesador, una pila de protocolos, un sistema de gestión de bases de datos, un sistema operativo, un entorno de tiempo de ejecución multiplataforma, una máquina virtual o una combinación de uno o más de estos.
Un sistema informático puede incluir un único dispositivo informático o varios ordenadores que funcionan en proximidad o, por lo general, a distancia entre sí y, generalmente, interactúan a través de una red de comunicaciones. Los ejemplos de redes de comunicaciones incluyen una red de área local ("LAN") y una red de área amplia ("WAN"), una red de interconexión (por ejemplo, Internet), una red que comprende un enlace satelital y redes unidad a unidad (por ejemplo, redes unidad a unidad específicas). El sistema informático puede incluir uno o más aparatos de procesamiento de datos acoplados a medios legibles por ordenador que almacenan uno o más programas informáticos que pueden ser ejecutados por uno o más aparatos de procesamiento de datos, y una o más interfaces, para así comunicarse con otros sistemas informáticos.
Un programa informático (también conocido como programa, software, aplicación de software, secuencia o código) se puede escribir en cualquier forma de lenguaje de programación, incluidos lenguajes compilados o interpretados, lenguajes declarativos o de procedimiento, y se puede implementar en cualquier forma, incluso como un programa independiente o como un módulo, componente, subrutina, objeto u otra unidad adecuada para su uso en un entorno informático. Un programa informático puede, aunque no necesariamente, corresponder a un archivo de un sistema de archivos. Un programa se puede almacenar en una parte de un archivo que contenga otros programas o datos (por ejemplo, una o más secuencias almacenadas en un documento de lenguaje de marcación), en un único archivo dedicado al programa o en varios archivos coordinados (por ejemplo, archivos que almacenan uno o más módulos, subprogramas o partes de código). Un programa informático puede implementarse para ejecutarse en un ordenador o en varios ordenadores que estén ubicados en un sitio o distribuidos en varios sitios e interconectados por una red de comunicaciones.
Las realizaciones de la presente divulgación dan a conocer sistemas y procedimientos para determinar una temporización óptima de la señal de control para el muestreo de impulsos láser que pueden superar las limitaciones de los sistemas y procedimientos convencionales.
Claims (13)
1. Aparato que comprende circuitería (106, 108) configurada para:
recibir una serie periódica de señales de tensión basadas en impulsos láser detectados por un fotodiodo; ensanchar las señales de tensión a lo largo del tiempo;
obtener tensiones muestreadas a partir de las señales de tensión ensanchadas utilizando señales de control periódicas; desplazar un paso de tiempo la temporización de las señales de control periódicas;
comparar las tensiones muestreadas para las respectivas temporizaciones de las señales de control; y generar un histograma (1010) que represente el número de veces que se ha detectado un impulso de pico para una temporización determinada;
determinar, a partir del histograma, qué temporización tiene el mayor número de impulsos;
seleccionar una temporización óptima de la señal de control basándose en la comparación de qué temporización tiene el mayor número de impulsos.
2. Sistema (100) para detectar un impulso láser de pico, que comprende:
un láser (102);
un fotodiodo (104, 210) configurado para detectar impulsos emitidos por el láser; y
un aparato que comprende, como se reivindica en la reivindicación 1,
circuitería (106, 108) configurada para: recibir una serie periódica de señales de tensión basadas en impulsos láser detectados por el fotodiodo (104, 210).
3. Sistema, según la reivindicación 2, en el que los impulsos láser tienen una anchura de impulso en el intervalo de 300 femtosegundos a 1,2 picosegundos.
4. Aparato, según la reivindicación 1, o sistema, según la reivindicación 2, en el que:
la circuitería está configurada para ensanchar las señales de tensión periódicas utilizando un circuito integrador; y la circuitería está configurada para desplazar un paso de tiempo la temporización de las señales de control periódicas alrededor de una temporización nominal de la señal de control, siendo los pasos de tiempo incrementos de tiempo entre 0 y /-10 ns.
5. Aparato, según la reivindicación 1, o sistema, según la reivindicación 2, en el que la circuitería está configurada para obtener tensiones muestreadas a partir de las señales de tensión ensanchadas y para mantener las tensiones muestreadas durante un tiempo determinado.
6. Aparato, según la reivindicación 1, o sistema, según la reivindicación 2, que comprende, además, circuitería configurada para contar un número de impulsos para cada desplazamiento de la temporización de la señal de control respectivo, en el que la circuitería configurada para seleccionar un desplazamiento óptimo de la temporización de la señal de control está configurada para seleccionar el desplazamiento óptimo de la temporización de la señal de control basándose en los recuentos para los respectivos desplazamientos de la temporización de la señal de control.
7. Aparato, según la reivindicación 1, o sistema, según la reivindicación 2, en el que la circuitería está configurada para desplazar un número de pasos de tiempo la temporización de la señal de control, y obtener las tensiones muestreadas en paralelo hasta un último paso de tiempo, en el que los pasos de tiempo son incrementos de tiempo entre 0 y /-10 ns.
8. Aparato, según la reivindicación 1, en el que los impulsos láser tienen una anchura de impulso en el intervalo de 300 femtosegundos a 1,2 picosegundos.
9. Procedimiento para detectar un impulso de pico emitido por un láser, que comprende:
recibir una serie periódica de señales de tensión basadas en impulsos láser detectados por un fotodiodo, teniendo los impulsos láser una anchura de impulso en el intervalo de 300 femtosegundos a 1,2 picosegundos; ensanchar (1104) las señales de tensión;
obtener (1106) un conjunto de tensiones muestreadas a partir de las señales de tensión ensanchadas utilizando un conjunto de señales de control desplazadas, teniendo cada señal de control desplazada un desplazamiento de la temporización respectivo con respecto a las otras señales de control; y
generar un histograma que represente el número de veces que se ha detectado un impulso de pico para una temporización determinada;
determinar (1108), a partir del histograma, qué temporización tiene el mayor número de impulsos;
determinar (1110) una temporización óptima de la señal de control basándose en una comparación de las tensiones muestreadas para cada uno de los desplazamientos de temporización.
10. Procedimiento, según la reivindicación 9, en el que el ensanchamiento de las señales de tensión comprende proporcionar la serie de señales de tensión a un circuito integrador.
11. Procedimiento, según la reivindicación 9, en el que la obtención de las tensiones muestreadas comprende mantener las tensiones muestreadas durante un tiempo de duración.
12. Procedimiento, según la reivindicación 9, que comprende, además, contar un número de impulsos para cada desplazamiento de la temporización respectivo, en el que la determinación de una temporización óptima de la señal de control comprende seleccionar un desplazamiento de la temporización para las señales de control basándose en los recuentos para el desplazamiento de la temporización respectivo.
13. Procedimiento, según la reivindicación 9, en el que el conjunto de tensiones muestreadas se obtienen en paralelo.
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