استفاده از لیزرهای میکروچیپ در لیدر

لیزرهای میکروچیپ، که با معماری یکپارچه جمع و جور آنها ، کیفیت پرتوهای بالا و ثبات استثنایی مشخص می شود ، به عنوان یک فناوری محوری فعال کننده برای تشخیص نور و محدوده (LIDAR) در حال ظهور است. از آنجا که سیستم های LIDAR برای برنامه هایی مانند رانندگی خودمختار و سنجش از راه دور به طور فزاینده ای بسیار مهم می شوند ، تقاضا برای منابع لیزری که همزمان بالا هستند- انجام ، قوی و هزینه - مؤثر است.

1. مقدمه

1.1 نمای کلی از فناوری LIDAR
تشخیص نور و محدوده (LIDAR) یک روش سنجش از راه دور است که فاصله را با روشنایی یک هدف با نور لیزر و تجزیه و تحلیل سیگنال منعکس شده اندازه گیری می کند. یک سیستم لیدر معمولی شامل سه مؤلفه اصلی است: یک فرستنده لیزر ، یک گیرنده حساس (معمولاً یک فتودیود بهمن) و یک مکانیسم اسکن (مکانیکی ، MEMS یا حالت جامد {1}). با محاسبه زمان - {{4} پرواز (TOF) پالس لیزر یا تغییر فاز در یک موج مداوم ، Lidar تولید دقیق و بالا-} وضوح سه - نقشه های ابر ابعاد محیط را ایجاد می کند. برنامه های کاربردی آن دارای وسایل نقلیه خودمختار ، روباتیک ، نقشه برداری توپوگرافی و ناوبری وسیله نقلیه هوایی بدون سرنشین (UAV) است ، با روند روشن بازار برای وضوح بالاتر ، برد طولانی تر ، فاکتورهای شکل کوچکتر و هزینه پایین تر.

1.2 تقاضا برای یک منبع ایده آل لیدر
عملکرد یک سیستم LIDAR اساساً توسط خواص منبع لیزر آن محدود می شود. منبع ایده آل باید مجموعه ای از الزامات خواستار را برآورده کند:

قدرت اوج بالا:ضروری برای تشخیص دامنه طولانی- ، غلبه بر ضعف جوی.

عرض پالس باریک:برای دقت و وضوح بالا بسیار مهم (قابلیت CM Sub-}).

کیفیت پرتو عالی (نزدیک - پراش - محدود):یک نقطه کوچک و متمرکز در مسافت های طولانی را تضمین می کند ، که مستقیماً به وضوح زاویه ای بالا و تبعیض هدف تبدیل می شود.

نرخ تکرار بالا:ابرهای اسکن سریع و متراکم را فعال می کند ، سرعت فریم و تشخیص شی را بهبود می بخشد.

مینیاتوری و ناهمواری:اجباری برای ادغام در سیستم عامل های تلفن همراه مانند اتومبیل و هواپیماهای بدون سرنشین.

قابلیت اطمینان بالا و طول عمر طولانی:باید در برابر شرایط سخت محیطی (دما ، لرزش) برای کاربردهای صنعتی و خودرو مقاومت کند.

کم هزینه:پیش نیاز برای تجارت Mass - تجاری سازی بازار.

1.3 دامنه و ساختار مقاله
این مقاله بیان می کند که لیزر میکروچیپ کاندیدای پیشرو برای پاسخگویی به این خواسته های چند جانبه است. در بخش های زیر بررسی مفصلی از فناوری لیزر Microchip ، کاربرد آن در سیستم های مختلف Lidar و مسیر آینده آن ارائه می شود.

2. فناوری لیزر Microchip: یک معاینه دقیق

2.1 لیزر میکروچیپ چیست؟
لیزر میکروچیپ یک لیزر فشرده و جمع و جور - است که در آن حفره رزونانس توسط یک برش نازک تشکیل می شود (به طور معمول<1 mm thick) of gain medium, with the cavity mirrors directly coated onto the crystal facets. This monolithic, "chip-like" design eliminates the need for discrete mirrors and complex alignment, resulting in an extremely robust and simple structure.

2.2 اصل عملیاتی و ویژگی های کلیدی
لیزر به صورت نوری توسط یک دیود لیزر (LD) پمپ می شود. طول حفره بسیار کوتاه به یک فاصله بزرگ حالت طولی منجر می شود ، که اغلب عملکرد فرکانس {1} را مجبور می کند. حالت عملیاتی اصلی برای لیدر پالس شده استq - تعویض:

Active Q - تعویض:یک تعدیل کننده نوری در داخل حفره از یک الکترو -}-}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {

Passive Q - سوئیچینگ:یک ماده جاذب اشباع (به عنوان مثال ، CR: YAG) در ساختار میکروچیپ ادغام شده است. این امکان را برای خود - پالس فراهم می کند ، و لیزر را ساده تر ، جمع و جور تر و پایین تر می کند ، اگرچه با کنترل زمان کمتری.

این مکانیسم پالس های طول مدت با کیلووات به مگاوات - peak قدرت سطح - یک ترکیب ایده آل برای مستقیم TOF Lidar تولید می کند.

2.3 مزایای اصلی لیزرهای میکروچیپ

فشرده سازی و یکپارچه سازی:یکپارچه ، همه -} Solid- طراحی حالت امکان بسته بندی در یک حجم چند سانتی متر مکعب یا کمتر را فراهم می کند ، و ادغام در فضا را تسهیل می کند.

کیفیت پرتو برتر:این طرح ذاتاً از عملکرد حالت عرضی اساسی (TEM00) پشتیبانی می کند ، و در نتیجه یک پرتوی محدود- با واگرایی کم ، که برای دامنه طولانی {{2} ، بسیار مهم است ، تصویربرداری با وضوح بالا {3}.

قدرت اوج بالا و عرض پالس باریک:حفره کوتاه باعث استخراج سریع انرژی می شود و پالس های کوتاه و شدید مورد نیاز برای اندازه گیری دقیق TOF را تولید می کند.

راندمان بالا و ثبات: With integrated Thermoelectric Coolers (TECs), they maintain stable operation over a wide temperature range, ensuring consistent performance and long operational lifetime (>10،000 ساعت).

مصرف کم مصرف:برقی بالا - to - inficer راندمان نوری برای باتری -}} سیستم عامل های تلفن همراه ایده آل است.

3. برنامه های خاص در سیستم های LIDAR

3.1 برنامه ها با اصل اصل

زمان مستقیم - از - پرواز (dtof) lidar: Microchip lasers serve as the ideal pulsed source. Their high peak power enables long-range detection (>200 متر برای خودرو) ، در حالی که عرض پالس باریک آنها دقت بالایی را تضمین می کند. آنها منبع ارجح برای عملکردهای بلند -} عملکرد طولانی -}} دامنه سیستم های نقشه برداری توپوگرافی و هوایی هستند.

فرکانس - مدوله مداوم {{1} wave موج (fmcw) lidar:فرکانس Single - ، لیزرهای میکروچیپ موج-}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} می تواند به عنوان منبع برای fmcw lidar استفاده شود. هنگامی که فرکانس خطی-} chirped ، آنها امکان اندازه گیری همزمان و بسیار دقیق از هر دو دامنه و سرعت آنی را فراهم می کنند ، یک مزیت اصلی برای جلوگیری از برخورد خودرو و اندازه گیری صنعتی.

3.2 برنامه های کاربردی توسط سیستم عامل و سناریو

اتومبیل لیدر:

به جلو - به نظر می رسد طولانی - دامنه LIDAR: Utilizes high-power microchip laser arrays to achieve the >محدوده 150 متر مورد نیاز برای بزرگراه- سرعت رانندگی خودمختار.

کوتاه - دامنه/طرف - lidar:از لیزرهای میکروچیپ قدرت متوسط ​​- استفاده می کند برای درک میدانی نزدیک - - نظارت بر نقطه ، از اندازه کوچک آنها برای ادغام وسیله نقلیه یکپارچه استفاده می کند.

هوایی و فضایی لیدر:محدودیت های دقیق وزن و قدرت پهپادها و ماهواره ها باعث می شود اندازه و راندمان بالای لیزرهای میکروچیپ فناوری مورد نظر برای برنامه های کاربردی مانند نقشه برداری سایبان جنگلی و اکتشاف سیاره ای باشد.

صنعتی و روباتیک LIDAR:در وسایل نقلیه هدایت شده خودکار (AGV) برای ناوبری و جلوگیری از مانع و در سیستم های پروفایل سه بعدی برای کنترل کیفیت استفاده می شود. ناهمواری آنها عملکرد قابل اعتماد را در محیط های خواستار کارخانه تضمین می کند.

الکترونیک مصرفی:مینیاتور سازی مداوم لیزرهای میکروچیپ آنها را به عنوان کاندیدای پیشرو برای ادغام در تلفن های هوشمند ، هدست های AR/VR و دستگاه های خانه هوشمند برای برنامه هایی مانند تشخیص چهره ، کنترل ژست و اسکن شیء سه بعدی تبدیل می کند.

4. چالش های فنی و روندهای آینده

4.1 چالش های فنی غالب

هزینه:ساخت دقیق ، مواد کریستالی و بسته بندی در حال حاضر آنها را گران تر از گزینه های حجم بالا - مانند Edge- انتشار لیزر (مارماهی) می کند. کاهش هزینه برای پذیرش انبوه مهم است.

مقیاس برق:قدرت خروجی از یک انتشار دهنده واحد محدود است. مقیاس گذاری به قدرت بالاتر نیاز به تنظیمات آرایه لیزر یا تنظیمات تقویت کننده قدرت اسیلاتور (MOPA) دارد که باعث پیچیدگی می شود.

تنوع طول موج:در حالی که 1.06 میکرومتر متداول است ، مناطق طیفی ایمن - (1.5 میکرومتر و 2 میکرومتر) برای بسیاری از برنامه های عمومی- بسیار مهم است. توسعه لیزرهای میکروچیپ عملکرد بالا- در این طول موج یک منطقه تحقیق و توسعه فعال باقی مانده است.

سیستم - on - integration تراشه:ادغام کامل لیزر ، اسکنر (به عنوان مثال ، MEMS) ، ردیاب و الکترونیک بر روی یک مدار یکپارچه فوتونیک واحد (PIC) چالش های ساختگی و بسته بندی قابل توجهی را نشان می دهد.

4.2 روند توسعه آینده

تراشه - تولید جرم مقیاس:استفاده از تکنیک های ساخت نیمه هادی برای تولید لیزرهای میکروچیپ بر روی ویفرها ، کاهش چشمگیر هزینه و بهبود عملکرد و ثبات تولید.

گسترش طول موج:توسعه مواد سود جدید برای پوشاندن طیف وسیع تری ، از مرئی تا اواسط {{0} مادون قرمز ، متناسب با برنامه های خاص مانند لیدر زیر آب یا سنجش جوی.

ادغام هوشمند و عملکردی:نظارت بر نظارت ، تشخیص و مدار درایور هوشمند به طور مستقیم در بسته لیزر برای افزایش عملکرد و قابلیت اطمینان.

مواد و ساختارهای جدید:اکتشاف رسانه های جدید سود ، مانند نازک- فیلم لیتیوم نیوبات (TFLN) برای تعدیل کننده های یکپارچه و مواد نقطه کوانتومی ، برای فشار آوردن به مرزهای عملکرد و عملکرد.

5. نتیجه گیری و چشم انداز

به طور خلاصه ، لیزرهای Microchip ترکیبی از عملکرد ، اندازه و استحکام را ارائه می دهند که مستقیماً نیازهای اصلی سیستم های مدرن LiDAR را برطرف می کند. کیفیت پرتو برتر آنها ، قدرت اوج بالا در پالس های کوتاه و دوام یکپارچه آنها را به عنوان یک فناوری سنگ بنای برای پیشبرد LIDAR به سمت عملکرد بالاتر و تجاری سازی گسترده تر قرار می دهد.

با نگاهی به آینده ، به عنوان مقیاس های تولید و کاهش هزینه ها ، انتظار می رود لیزرهای میکروچیپ از سیستم های تخصصی ، بالا- end به اجزای همه جا در محصولات Mass-} منتقل شوند. آنها قرار است به "چشم های روشن" سیستم های ادراک هوشمند آینده تبدیل شوند و توانایی سنجش بحرانی را فراهم می کنند که زیربنای آنها ، به هم پیوسته و دیجیتالی {3 {}} world از فردا است.

اطلاعات تماس:

اگر ایده ای دارید ، احساس راحتی کنید که با ما صحبت کنید. مهم نیست که مشتریان ما در کجا قرار دارند و نیازهای ما چیست ، ما هدف خود را دنبال خواهیم کرد تا با کیفیت بالا ، قیمت پایین و بهترین خدمات به مشتریان خود ارائه دهیم.