¿Cómo puedo crear una superficie flexible de detección láser?

Suponiendo que la variante de la etiqueta láser se jugará en una oscuridad relativa, no a la luz del día, una celda fotovoltaica de película delgada (TFPV) o una celda solar de película delgada con el grosor y la flexibilidad necesarios podría servir como un fotodetector de área amplia.

Las celdas TFPV están disponibles y utilizan un sustrato de poliimida muy delgado pero resistente al desgarro, que se puede cortar y coser, por ejemplo, en la superficie superior de una chaqueta o gorra.

El desafío será distinguir un área relativamente pequeña expuesta al láser, a diferencia de la superficie fotovoltaica total expuesta a la luz ambiental. Claramente, si la intensidad del láser no es significativamente mayor que la luz ambiental combinada que puede incidir en toda la superficie de la ropa, esto no funcionará. Desafortunadamente, aumentar la intensidad del láser genera problemas de seguridad ocular con el láser.

La potencia de láser segura para los ojos permitida es bastante baja, típicamente milivatios de un solo dígito para láseres visibles y milivatios fraccionarios para láseres IR o UV; si un jugador dispara accidentalmente la pistola de etiquetas láser mientras la mira.

La solución es usar una hoja TFPV que consta de una multitud de celdas separadas, en lugar de una gran área de fotosensores, por ejemplo:

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El mecanismo de detección necesitaría detectar células fotovoltaicas individuales dentro de la malla. La celda que produce un voltaje anómalamente alto sería aquella con un rayo láser incidiendo sobre ella; todas las demás celdas tendrían voltajes de referencia más bajos representativos de la luz ambiental sobre cada una.

La diferenciación de color no funcionaría para la identificación de la fuente, si se usa el enfoque TFPV: Considere un punto de láser rojo diminuto, un punto de láser verde diminuto y un área de superficie más grande iluminada por la iluminación de la arena de la etiqueta láser: las células fotovoltaicas no podrían distinguir entre estos.

Otro desafío con el uso de material TFPV es que los tiempos de subida de la señal son bastante lentos, y más lentos para tamaños de celda más grandes. El uso de múltiples celdas más pequeñas mitiga esto un poco.

Por lo tanto, la modulación de señal utilizada tradicionalmente para distinguir entre diferentes fuentes de luz, por ejemplo, la modulación de pulso de 38 KHz como se usa en los controles remotos infrarrojos, no funcionará. Una frecuencia de modulación mucho más lenta y la identificación de distintas secuencias de código de diferentes emisores sería el camino a seguir.

Si está utilizando un fotodiodo simple sin filtros, no podrá detectar de manera confiable qué longitud de onda (color) es el láser. Lo que determina la cantidad de corriente que genera un fotodiodo es la potencia óptica absorbida por el área activa del fotodiodo y la capacidad de respuesta (corriente/potencia óptica en la longitud de onda adecuada) del diodo.

En teoría, podría brillar una cantidad conocida de energía en alguna longitud de onda,$P(\lambda)$, en un fotodiodo y en función de la corriente generada, podría determinar aproximadamente cuál es la longitud de onda. Sin embargo, como puede ver en la curva de respuesta a continuación, hay dos soluciones de longitud de onda para una respuesta determinada. Además, la deriva del haz, las fluctuaciones de la fuente, la desalineación, etc. reducirán la potencia óptica que incide en el fotodiodo hasta el punto de que no se puede utilizar realmente como un espectrómetro improvisado.

Si está tratando de diferenciar entre varias fuentes diferentes pero no le importa cuál es la longitud de onda, es mejor modular los diodos de manera diferente para que pueda ver fácilmente qué fuente está iluminando el detector.