Лидары на основе матриц VCSEL диодов Brightlasers
Лидар (LiDAR - Light Detection and Ranging - обнаружение и определение дальности с помощью света) является важным датчиком для продвинутых систем помощи при вождении (ADAS - Advanced Driving Assisting System), автономных транспортных средств и для промышленной автоматизации. Высокоэффективный, надежный, малогабаритный и экономически выгодный лазерный излучатель - компонент, дающий неоспоримое преимущество лидару. Вместо громоздкого и дорогого сканирующего лидара, 100% твердотельный лидар будет привлекательным продуктом для широкого рынка. VCSEL лазерные диоды Brightlaser идеально подходят для использования в лидарах.
Твердотельные лидары
Flash LiDAR и лидары с фазированной решеткой (OPA - Optical Phase Array) классифицируются как 100% твердотельные лидары, все компоненты которых интегрированы в одну плату без движущихся частей для минимизации вибрационного эффекта. Другие лидары, использующие вращающиеся и микроэлектромеханические (МЭМС) зеркала, позволяют иметь поле зрения от 180° до 360° и большую дальность действия.
Принцип работы твердотельного Flash лидара заключается в том, чтобы осветить все поле зрения одной вспышкой широкоугольным лазерным источником, затем зафиксировать обратно рассеянный свет с помощью матрицы фотоприемников. Аналогично принципу цифровой камеры, фиксирующей одно изображение для каждой вспышки. OPA LiDAR имеет двумерную матрицу лазерных излучателей и независимо управляемый фазовый вращатель для формирования произвольных паттернов дальнего поля и изменения направления луча. Технология похожа на фазированную антенную решётку в радиолокационной технологии, но сжата до наноразмерного масштаба. МЭМС-лидар - микроэлектромеханическая система, имеющая зеркало для сканирования лазерным лучом.
Рисунок 1. а) Brightlaser B1 LiDAR 360°, б) Brightlaser B2 плата flash твердотельного лидара, в) МЕМС-лидар, г) OPA лидар
Диапазон, частота повторения и разрешение являются ключевыми параметрами лидара. Дальность-это то, насколько далеко лидар способен различить объект. Частота повторения - это частота, с которой лидар захватывает два последующих изображения. Разрешение - это количество точек, которые лидар может применить для поля зрения. В таблице приведено сравнение различных твердотельных лидаров.
Таблица 1 - Преимущества и недостатки твердотельных лидаров
|
Твердотельный LiDAR |
Диапазон |
Частота повторения |
Разрешение |
Сложность ПО |
Сложность оборудования |
|
Flash |
+ |
+++ |
+++ |
+++ |
++ |
|
OPA |
+++ |
++ |
++ |
+ |
++ |
|
MEMs |
+++ |
++ |
+++ |
++ |
+ |
|
Spinning |
+++ |
++ |
++ |
++ |
+ |
VCSEL лазеры Brightlaser
VCSEL (Vertical cavity surface emitting laser) - вертикально-излучающие лазеры (излучающие свет в направлении, перпендикулярном поверхности кристалла) имеют преимущества перед традиционными лазерами, излучающими в плоскости, параллельной поверхности.
Преимущества:
- Легко интегрируется с другими компонентами как в фотонике, так и в электронике на одной плате.
- Есть возможность объединения VCSEL для получения более высокой мощности.
- Возможность прикладывать мощность к каждому кристаллу выборочно для сканирования критического поля.
- Меньший температурный сдвиг длины волны увеличивает эффективность.
- Менее чувствителен к выходу из строя одного из излучателей.
- Обладает более высокой надежностью.
VCSEL импульсные диоды Brightlaser обеспечивает высокую мощность, короткие импульсы и малую расходимость, что является лучшим выбором для твердотельных лидаров!
Brightlaser предоставляет лазеры в корпусах SMD 2016, TO-can TO46 и в формате матриц 1x4, 1x8, 1x16. Многоканальная матрица используется для интеграции нескольких кристаллов и подачи питания на каждый кристалл индивидуально. Излучение VCSEL с длиной волны 850 мм хорошо распространяется в окружающей среде с высокой влажностью, в то время как VCSEL с длиной волны 940 нм безопасен для зрения даже на высоких мощностях.
Кремниевый КМОП-фотоприемник позволяет обнаруживать эти длины волн. Мощность импульса от 10 Вт до 1000 Вт доступна для применений ближнего и среднего радиуса действий. Малая угловая расходимость VCSEL улучшает разрешение лидара.
Таблица 2 - Электрооптические характеристики матрицы при 25°C
|
Brightlaser импульсные диоды VCSEL |
||||||
|
Длина волны (нм) |
850 |
940 |
||||
|
Мощность импульса (Вт) |
10 |
25 |
50 |
10 |
25 |
50 |
|
Время реагирования (нс) |
0.5 |
0.8 |
0.8 |
0.3 |
0.8 |
0.8 |
|
Импульсный прямой ток (А) |
73 |
81 |
160 |
73 |
81 |
160 |
|
Импульсное прямое напряжение (В) |
30 |
37 |
120 |
30 |
37 |
160 |
|
Число излучателей |
39 |
116 |
113 |
39 |
113 |
116 |
|
Рабочий цикл (%) |
0.1 |
|||||
|
Пучок (угол) |
20 |
|||||
|
Сдвиг длины волны (нм/℃) |
0.7 |
|||||
|
Рабочая температура (℃) |
-40 до +85 |
|||||
Рисунок 2 Примеры VCSEL лазерных диодов
Кроме того, Brightlaser предоставляет многопереходные лазеры VCSEL для лидаров, которые могут достигать более высокой пиковой мощности при меньшей площади излучения, что снижает сложность оптической системы.
Инновации для новых возможностей
Компания Brightlaser была основана в 2014 году и является мировым поставщиком технологии VCSEL. Компания предлагает широкий ассортимент решений от компонентов и датчиков для OEM интеграции до готовых решений. VCSEL лазерные диоды Brightlaser отлично подходят для оптических систем коммуникации, потребительской электроники, автомобильных систем ADAS, систем машинного зрения, телекоммуникации, робототехники, систем "умный дом", охранных систем и т. д.
