ماژول های لیزر مورد استفاده برای LIDAR چیست؟

تشخیص نور و محدوده (LIDAR) به عنوان یک فناوری سنگ بنای برای ادراک دستگاه ظاهر شده است ، و این امکان را فراهم می کند که وسایل نقلیه خودمختار بتوانند محیط های پیچیده ، روبات ها را برای نقشه برداری و تعامل با محیط اطراف خود و شهرهای هوشمند برای بهینه سازی مدیریت زیرساخت ها حرکت دهند. با عمل به عنوان "چشم" این سیستم ها ، وضوح بالا-} ، سه نقشه ابر-} با اندازه گیری زمان لازم برای بازگشت پالس های نور ساطع شده از اشیاء ایجاد می کند.

در قلب فرستنده هر لیدر موتور اصلی خود قرار دارد:ماژول دیود لیزربشر این مؤلفه مهم صرفاً یک منبع نور نیست. پارامترهای عملکرد آن به طور مستقیم حداکثر دامنه ، صحت ، وضوح و در نهایت هزینه و در نهایت هزینه آن برای پذیرش انبوه را دیکته می کنند. در این مقاله یک تجزیه و تحلیل جامع از فن آوری های اولیه ماژول لیزر به کار رفته در سیستم های LIDAR مدرن ، مقایسه ویژگی های آنها و ارائه چارچوبی برای انتخاب بر اساس الزامات خاص {{2}.

اصول عملیاتی Lidar و الزامات اصلی ماژول های لیزر

بیشتر سیستم های تجاری LIDAR درزمان - از {{1} پرواز (TOF)اصل ، که در آن یک پالس لیزر کوتاه منتشر می شود ، و زمان سفر - آن برای محاسبه فاصله اندازه گیری می شود. یک روش جایگزین و پیچیده تر استفرکانس - موج مداوم مدوله شده (FMCW)، که از یک پرتو لیزر تعدیل شده -} استفاده می کند تا همزمان و هم سرعت را از طریق اثر داپلر اندازه گیری کند.

عملکرد ماژول لیزر بسیار مهم است. الزامات کلیدی عبارتند از:

طول موج:طول موج اولیه هستند905 نانومتروت1550 نانومتر. 905 nm لیزرهای NM ارزان تر و اهرم سیلیکون هستند اما دارای چشم مجاز پایین تر هستند {{1} limits محدودیت های قدرت ایمن {2} nm نور قبل از رسیدن به شبکیه ، توسط مایع زجاجیه چشم جذب می شود ، اجازه می دهد تا قدرت بسیار بالاتر و در نتیجه انزجای پررنگ تر باشد (

قدرت اوج:حداکثر توان نوری یک نبض. قدرت اوج بالاتر با اطمینان از یک سیگنال کافی - به -} برای سیگنال بازگشت ، محدوده تشخیص طولانی تر را امکان پذیر می کند.

عرض نبض:مدت زمان هر پالس لیزر. پالس باریک تر وضوح مسافت بالاتر را امکان پذیر می کند و به سیستم امکان می دهد بین دو شیء نزدیک فاصله تمایز قائل شود.

فرکانس تکرار پالس (PRF):میزان انتشار پالس ها (به عنوان مثال ، 100 کیلوهرتز تا چند مگاهرتز). PRF بالاتر باعث ایجاد ابر متراکم تر و نرخ فریم بالاتر می شود اما به یک گیرنده سریعتر نیاز دارد.

واگرایی پرتو:اندازه گیری میزان پرتو لیزر از فاصله فاصله دارد. واگرایی کم برای دستیابی به وضوح زاویه ای بالا و قادر به تشخیص جزئیات خوب در برد طولانی بسیار مهم است.

کارآیی و مدیریت حرارتی:راندمان لیزر بر مصرف انرژی کلی سیستم و تولید گرما تأثیر می گذارد. مدیریت حرارتی مؤثر برای قابلیت اطمینان و جلوگیری از عملکرد عملکرد بسیار مهم است.

هزینه:یک عامل تعیین کننده برای مقیاس پذیری و تجاری سازی ، به ویژه در برنامه های خودرو.

در - تجزیه و تحلیل عمق فن آوری های ماژول لیزر اصلی

1. Edge- انتشار لیزر (مارماهی)

اصل فناوری:یک لیزر نیمه هادی سنتی که در آن نور از لبه تراشه ساطع می شود. آنها به طور معمول به صورت جداگانه بسته بندی می شوند و به تراز فعال و فعال اپتیک برخورد نیاز دارند.

خصوصیات:

مزایای:تولید اوج بالا ، فرآیند تولید بالغ و اثبات شده ، هزینه نسبتاً کم در هر واحد.

مضرات:کیفیت پرتوهای تحتانی با آستیگماتیسم ذاتی (شکل پرتو بیضوی) ، بسته بندی بزرگتر و پیچیده تر ، ادغام در آرایه های بعدی دو {{0}.

برنامه:کارگاههای سیستم های LIDAR قبلی ، که عمدتا در چرخش مکانیکی و جامد ترکیبی -}}}} استفاده می شود.

2. عمودی - سطح حفره - انتشار لیزر (VCSEL)

اصل فناوری:نور عمود از سطح بالای تراشه نیمه هادی ساطع می شود. این امکان را برای آزمایش در سطح ویفر و شکل گیری طبیعی یک -} ابعاد و دو -}} فراهم می کند.

خصوصیات:

مزایای:کیفیت پرتو برتر (متقارن ، مشخصات دایره ای) ، جریان آستانه پایین ، مصرف انرژی پایین ، قابلیت اطمینان بسیار بالا و بسته بندی ساده به دلیل انتشار سطح. ظهوراتصال Multi- (MJ)فناوری ، که در آن چندین لایه فعال انباشته شده است ، تراکم قدرت آنها را به طور چشمگیری افزایش داده است.

مضرات:چگالی قدرت از نظر تاریخی در مقایسه با مارماهی ، اگرچه این شکاف توسط VCSEL MJ- بسته شده است.

برنامه:در ابتدا در الکترونیک مصرفی (به عنوان مثال ، شناسه چهره تلفن هوشمند) استفاده می شود. آرایه های MJ -} VCSEL اکنون انتخاب غالب برای انواع Lidar Solid- State است ، به خصوصزمان مستقیم - از {{1} پرواز (DTOF)وتفلاش لیدر، جایی که یک زمینه روشنایی بزرگ و یکنواخت مورد نیاز است.

3 لیزر فیبر

اصل فناوری:از یک فیبر نوری دوپ شده به عنوان متوسط ​​افزایش استفاده می کند. آنها سیستم های پیچیده ای هستند که اغلب شامل لیزر و تقویت کننده بذر هستند.

خصوصیات:

مزایای:کیفیت پرتوهای استثنایی (پراش -} محدود) ، قدرت اوج و متوسط ​​بسیار بالا ، و منبع اصلی طول موج 1550 نانومتر است ، و از مزایای ایمنی چشم خود استفاده می کند - برای تشخیص دامنه {3 {3}.

مضرات:هزینه بسیار بالا ، اندازه بزرگ و فاکتور فرم ، مونتاژ پیچیده و مصرف انرژی بالاتر در مقایسه با دیودهای نیمه هادی.

برنامه:در درجه اول در عملکرد - برنامه های مهم که در آن حداکثر دامنه و دقت بسیار مهم هستند ، مانند LIDAR نظامی ، نقشه برداری توپوگرافی ، و- End End Systems LiDar که نیاز به منابع منسجم ، باریک-} خط را دارند استفاده می شود.

مقایسه فناوری و روندهای آینده

جدول خلاصه مقایسه ای:

روندهای آینده:

صعود vcsels:Multi-} اتصال فن آوری VCSEL در حال تحکیم موقعیت خود به عنوان راه حل ترجیحی برای نسل بعدی- ، جامد مقیاس پذیر -} state به دلیل ترکیبی کامل از عملکرد ، یکپارچه سازی و هزینه آینده-} پایین پتانسیل است.

مهاجرت طول موج:افزایش تحقیق و توسعه در لیزرهای نیمه هادی 1550 نانومتر (به عنوان مثال ، Ingaas {3} مبتنی بر) هدف از آن کاهش هزینه این طول موج برتر است ، و دامنه طولانی {{4} ، بالا-} عملکرد لیدر در دسترس تر است.

chip- integration سطح و فوتونیک سیلیکون:آینده در ادغام منبع لیزر ، الکترونیک درایور و اجزای نوری (مانند فرمان های پرتو) بر روی یک تراشه یا بسته قرار دارد. Photonics Silicon (SIPH) قول می دهد Ultra-} کوچک - هزینه ، و Lidar بسیار قابل اعتماد - on - A {-}}}.

پیشرفت FMCW LIDAR:با بالغ شدن فناوری FMCW ، تقاضا برای منابع لیزر پهنای باند بسیار منسجم و باریک- (به عنوان مثال ، لیزرهای قابل تنظیم) رشد می کنند ، که ناشی از مزایای ذاتی آن در تشخیص سرعت و ایمنی در اثر تداخل نور خورشید است.

انتخاب ماژول لیزری برای سیستم Lidar خود

انتخاب فناوری مناسب یک تصمیم سطح - است که بر اساس برنامه کاربردی وجود دارد:

الزامات را با برنامه تعریف کنید:

خودرو (تولید سری):اولویت بندیهزینه ، قابلیت اطمینان ، اندازه جمع و جور و مصرف کم مصرفبرای دیدار با صلاحیت های سختگیرانه خودرو (AEC - q102).آرایه های VCSELمدعی پیشرو هستند.

رباتیک/AGV:مستلزمعملکرد متوسط ​​- عملکرد ، قابلیت اطمینان بالا و پایین- to - هزینه متوسطبشر هر دومارماهی 905 نیوتن متروتVCSELSگزینه های مناسب هستند

درایور پیشرفته-}} سیستم های کمک (ADA):تعادلعملکرد و هزینهبشر در حال حاضر تحت سلطه905 نانومترمنابع ، با1550 نانومتردر حال کاوش برای ویژگی های پریمیوم خودرو است.

نظرسنجی و صنعتی:خواسته هاحداکثر عملکرد ، دامنه شدید و دقت بالا. لیزر فیبر 1550 نانومتریبا وجود هزینه آنها ، استاندارد در اینجا هستند.

ملاحظات انتخاب کلیدی:

تجارت عملکرد - خاموش:تجارت - را بهینه کنیدحداکثر دامنه, وضوح ابر نقطه, نرخ فریموتحوزه.

بودجه حرارتی و برق:اطمینان حاصل کنید که طراحی سیستم می تواند مصرف برق ماژول را کنترل کرده و گرمای تولید شده را از بین ببرد.

انطباق نظارتی:طراحی باید به استانداردهای ایمنی - (IEC 60825-1) پایبند باشد.

زنجیره تأمین:بلوغ ، مقیاس پذیری و ماندگاری تأمین کننده لیزر را ارزیابی کنید.

پایان

ماژول دیود لیزر تعیین کننده اساسی قابلیت های سیستم LIDAR است. چشم انداز از یک فناوری غالب (EEL) به یک اکوسیستم متنوع تبدیل شده است که در آنمارماهی ، VCSELS و لیزرهای فیبرهر یک از بخش های عملکرد و عملکرد متمایز را ارائه می دهند. مسیر روشن صنعت به سمت ادغام بالاتر ، هزینه پایین تر و بهبود عملکرد حرکت می کند ، که در درجه اول توسط نوآوری ها هدایت می شودآرایه vcselوتعکسبرداریفن آوری ها از آنجا که این موتورهای لیزری به پیشرفت خود ادامه می دهند ، آنها پتانسیل کامل لیدر را باز می کنند و راه را برای پذیرش همه جا در بین کاربردهای خودرو ، صنعتی و مصرف کننده هموار می کنند و واقعاً موج بعدی ادراک مستقل را قادر می سازند.

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.