โมดูลเลเซอร์ที่ใช้สำหรับ LIDAR คืออะไร?

การตรวจจับแสงและความหลากหลาย (LIDAR) ได้กลายเป็นเทคโนโลยีที่สำคัญสำหรับการรับรู้ของเครื่องทำให้ยานพาหนะอิสระสามารถนำทางสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อนหุ่นยนต์เพื่อทำแผนที่และโต้ตอบกับสภาพแวดล้อมและเมืองอัจฉริยะเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการจัดการโครงสร้างพื้นฐาน ทำหน้าที่เป็น "ดวงตา" ของระบบเหล่านี้ LiDAR สร้างความละเอียดสูง - ความละเอียดสาม - แผนที่จุดคลาวด์มิติโดยการวัดเวลาที่ใช้สำหรับพัลส์แสงที่ปล่อยออกมาเพื่อกลับจากวัตถุ

หัวใจสำคัญของเครื่องส่งสัญญาณของ LiDAR ทุกเครื่องคือกลไกหลัก:โมดูลไดโอดเลเซอร์- องค์ประกอบที่สำคัญนี้ไม่ได้เป็นเพียงแหล่งกำเนิดแสง พารามิเตอร์ประสิทธิภาพของมันจะกำหนดช่วงสูงสุดของระบบความแม่นยำความละเอียดและในที่สุดค่าใช้จ่ายและความเป็นไปได้สำหรับการยอมรับจำนวนมาก บทความนี้ให้การวิเคราะห์ที่ครอบคลุมของเทคโนโลยีโมดูลเลเซอร์หลักที่ใช้ในระบบ LiDAR สมัยใหม่เปรียบเทียบลักษณะของพวกเขาและเสนอกรอบสำหรับการเลือกตามแอปพลิเคชัน - ข้อกำหนดเฉพาะ

หลักการปฏิบัติการ LIDAR และข้อกำหนดที่สำคัญสำหรับโมดูลเลเซอร์

ระบบ LIDAR เชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่ทำงานบนไฟล์เวลา - ของ - เที่ยวบิน (TOF)หลักการที่ปล่อยเลเซอร์ชีพจรสั้น ๆ และเวลาการเดินทางรอบ - วัดเพื่อคำนวณระยะทาง อีกทางเลือกหนึ่งคือวิธีที่ซับซ้อนมากขึ้นความถี่ - คลื่นต่อเนื่องแบบปรับ (FMCW)ซึ่งใช้ความถี่ที่สอดคล้องกัน - ลำแสงเลเซอร์มอดูเลตเพื่อวัดทั้งระยะทางและความเร็วพร้อมกันผ่านเอฟเฟกต์ Doppler

ประสิทธิภาพของโมดูลเลเซอร์เป็นสิ่งสำคัญยิ่ง ข้อกำหนดที่สำคัญ ได้แก่ :

ความยาวคลื่น:ความยาวคลื่นหลักคือ905 nmและ1550 นาโนเมตร. 905 nm เลเซอร์มีราคาถูกกว่าและใช้เครื่องตรวจจับซิลิกอนที่ต่ำกว่า แต่มีตาที่ได้รับอนุญาตต่ำกว่า - ขีด จำกัด พลังงานที่ปลอดภัย . 1550 nm แสงจะถูกดูดซับด้วยน้ำตาที่มีราคาสูงกว่า

พลังสูงสุด:พลังแสงสูงสุดของชีพจร พลังงานสูงสุดที่สูงขึ้นเปิดใช้งานช่วงการตรวจจับที่ยาวนานขึ้นโดยการสร้างความมั่นใจว่าสัญญาณที่เพียงพอ - ถึง - อัตราส่วนเสียงรบกวนสำหรับสัญญาณผลตอบแทน

ความกว้างพัลส์:ระยะเวลาของพัลส์เลเซอร์แต่ละตัว ชีพจรที่แคบลงช่วยให้ความละเอียดระยะทางที่สูงขึ้นทำให้ระบบสามารถแยกแยะความแตกต่างระหว่างวัตถุที่มีระยะห่างสองอย่างใกล้ชิด

ความถี่การทำซ้ำพัลส์ (PRF):อัตราที่เกิดพัลส์ (เช่น 100 kHz ถึงหลาย MHz) PRF ที่สูงขึ้นสร้างคลาวด์จุดหนาแน่นและอัตราเฟรมที่สูงขึ้น แต่ต้องการตัวรับสัญญาณที่เร็วขึ้น

ความแตกต่างของลำแสง:การวัดว่าลำแสงเลเซอร์กระจายออกไปได้ไกลแค่ไหน ความแตกต่างต่ำเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการบรรลุความละเอียดเชิงมุมสูงและสามารถมองเห็นรายละเอียดที่ละเอียดได้ในระยะยาว

ประสิทธิภาพและการจัดการความร้อน:ประสิทธิภาพของเลเซอร์ส่งผลกระทบต่อการใช้พลังงานของระบบโดยรวมและการสร้างความร้อน การจัดการความร้อนที่มีประสิทธิภาพเป็นสิ่งสำคัญสำหรับความน่าเชื่อถือและป้องกันการดริฟท์ประสิทธิภาพ

ค่าใช้จ่าย:ปัจจัยชี้ขาดสำหรับความสามารถในการปรับขนาดและการค้าโดยเฉพาะอย่างยิ่งในแอพพลิเคชั่นยานยนต์

ใน - การวิเคราะห์ความลึกของเทคโนโลยีโมดูลเลเซอร์กระแสหลัก

1. ขอบ - เลเซอร์เปล่งแสง (ปลาไหล)

หลักการเทคโนโลยี:เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบดั้งเดิมที่แสงถูกปล่อยออกมาจากขอบของชิป โดยทั่วไปแล้วจะมีการบรรจุเป็นรายบุคคลและต้องการการจัดตำแหน่งที่ซับซ้อนและใช้งานอยู่ของเลนส์ collimation

ลักษณะเฉพาะ:

ข้อดี:กำลังการผลิตพลังงานสูงสุดสูงกระบวนการผลิตที่ครบกำหนดและพิสูจน์แล้วค่าใช้จ่ายค่อนข้างต่ำต่อหน่วย

ข้อเสีย:คุณภาพของลำแสงที่ด้อยกว่าด้วยสายตาเอียงโดยธรรมชาติ (รูปร่างลำแสงรูปไข่) บรรจุภัณฑ์ขนาดใหญ่และซับซ้อนมากขึ้นยากที่จะรวมเข้ากับอาร์เรย์ขนาดใหญ่สองตัว -

แอปพลิเคชัน:Workhorse ของระบบ LIDAR ก่อนหน้านี้ใช้ในการหมุนกลไกและไฮบริดของแข็ง - สถาปัตยกรรมของรัฐ

2. แนวตั้ง - พื้นผิวโพรง - เลเซอร์เปล่งแสง (vcsel)

หลักการเทคโนโลยี:แสงถูกปล่อยออกมาในแนวตั้งฉากจากพื้นผิวด้านบนของชิปเซมิคอนดักเตอร์ สิ่งนี้ช่วยให้การทดสอบในระดับเวเฟอร์และการก่อตัวตามธรรมชาติของหนึ่ง - มิติและสอง - อาร์เรย์มิติ

ลักษณะเฉพาะ:

ข้อดี:คุณภาพของลำแสงที่เหนือกว่า (สมมาตร, โปรไฟล์วงกลม), กระแสไฟฟ้าต่ำ, การใช้พลังงานที่ต่ำกว่า, ความน่าเชื่อถือสูงมากและบรรจุภัณฑ์ที่เรียบง่ายเนื่องจากการปล่อยพื้นผิว การถือกำเนิดของมัลติ - junction (MJ)เทคโนโลยีที่มีการซ้อนชั้นที่ใช้งานอยู่หลายชั้นได้เพิ่มความหนาแน่นพลังงานให้กับปลาไหลของคู่แข่งอย่างมาก

ข้อเสีย:ความหนาแน่นของพลังงานที่ต่ำกว่าในอดีตเมื่อเทียบกับปลาไหลแม้ว่าช่องว่างนี้จะถูกปิดโดย MJ - VCSELS

แอปพลิเคชัน:เริ่มแรกใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค (เช่นสมาร์ทโฟน Face ID) MJ - อาร์เรย์ VCSEL ตอนนี้เป็นตัวเลือกที่โดดเด่นสำหรับ Solid - ประเภท LIDAR ของสถานะโดยเฉพาะอย่างยิ่งเวลาตรง - ของ - เที่ยวบิน (dtof)และแฟลช LIDARในกรณีที่จำเป็นต้องมีการส่องสว่างขนาดใหญ่สม่ำเสมอ

3. เลเซอร์ไฟเบอร์

หลักการเทคโนโลยี:ใช้ - โลกที่หายาก - ใยแก้วนำแสงเจือเป็นตัวกลางที่ได้รับ พวกเขาเป็นระบบที่ซับซ้อนซึ่งมักจะเกี่ยวข้องกับเลเซอร์เมล็ดและแอมพลิฟายเออร์

ลักษณะเฉพาะ:

ข้อดี:คุณภาพของลำแสงพิเศษ (การเลี้ยวเบน - จำกัด ), พลังสูงสุดและค่าเฉลี่ยสูงมากและเป็นแหล่งหลักสำหรับความยาวคลื่น 1550 นาโนเมตรใช้ประโยชน์จากตาของมัน - ข้อได้เปรียบด้านความปลอดภัยเป็นเวลานาน - การตรวจจับช่วง

ข้อเสีย:ค่าใช้จ่ายที่สูงมากขนาดใหญ่และฟอร์มแฟคเตอร์การประกอบที่ซับซ้อนและการใช้พลังงานที่สูงขึ้นเมื่อเทียบกับไดโอดเซมิคอนดักเตอร์

แอปพลิเคชัน:ส่วนใหญ่ใช้ในประสิทธิภาพ - แอพพลิเคชั่นที่สำคัญซึ่งช่วงสูงสุดและความแม่นยำเป็นสิ่งสำคัญยิ่งเช่น Lidar ทหารการสำรวจภูมิประเทศและสูง - สิ้นสุดระบบ fmcw lidar ที่ต้องเชื่อมโยงกัน

การเปรียบเทียบเทคโนโลยีและแนวโน้มในอนาคต

ตารางสรุปเปรียบเทียบ:

แนวโน้มในอนาคต:

การขึ้นครองตำแหน่งของ VCSELS:Multi - Junction VCSEL Technology กำลังทำให้ตำแหน่งเป็นโซลูชันที่ต้องการสำหรับรุ่นถัดไป - รุ่นที่เป็นของแข็งที่ปรับขนาดได้ - สถานะ LIDAR เนื่องจากการผสมผสานที่สมบูรณ์แบบของประสิทธิภาพการรวมและค่าใช้จ่ายในอนาคต

การโยกย้ายความยาวคลื่น:การวิจัยและพัฒนาที่เพิ่มขึ้นในเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ 1,550 นาโนเมตร (เช่น Ingaas -}) มีจุดมุ่งหมายเพื่อลดต้นทุนของความยาวคลื่นที่เหนือกว่านี้ทำให้ช่วงยาว - สูง - ประสิทธิภาพ LIDAR เข้าถึงได้มากขึ้น

Chip - การรวมระดับและ silicon photonics:อนาคตอยู่ในการรวมแหล่งกำเนิดเลเซอร์อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ไดรเวอร์และส่วนประกอบออปติคัล (เช่นลำแสง) เข้ากับชิปหรือแพ็คเกจเดียว Silicon Photonics (SIPH) สัญญาว่าจะเปิดใช้งาน Ultra - เล็กต่ำ - ราคาและ lidar ที่เชื่อถือได้สูง - บน - a - โซลูชั่นชิป

ความก้าวหน้าของ FMCW LIDAR:เมื่อเทคโนโลยี FMCW เติบโตขึ้นความต้องการที่เชื่อมโยงกันสูงแคบ - แหล่งเลเซอร์ linewidth (เช่นเลเซอร์ที่ปรับได้) จะเติบโตโดยได้รับแรงผลักดันจากข้อได้เปรียบโดยธรรมชาติในการตรวจจับความเร็วและภูมิคุ้มกัน

การเลือกโมดูลเลเซอร์สำหรับระบบ LIDAR ของคุณ

การเลือกเทคโนโลยีที่เหมาะสมคือระบบ - การตัดสินใจระดับตามแอปพลิเคชัน:

กำหนดข้อกำหนดโดยแอปพลิเคชัน:

ยานยนต์ (การผลิตซีรีส์):จัดลำดับความสำคัญค่าใช้จ่ายความน่าเชื่อถือขนาดกะทัดรัดและการใช้พลังงานต่ำเพื่อตอบสนองคุณสมบัติด้านยานยนต์ที่เข้มงวด (AEC - Q102)อาร์เรย์ VCSELเป็นคู่แข่งชั้นนำ

หุ่นยนต์/AGVs:กำหนดให้มีMedium - ประสิทธิภาพช่วงความน่าเชื่อถือสูงและต่ำ - ถึง - ราคาปานกลาง- ทั้งคู่ปลาไหล 905nmและVCSELSเป็นตัวเลือกที่เหมาะสม

ไดรเวอร์ขั้นสูง - ระบบช่วยเหลือ (ADAS):ความสมดุลประสิทธิภาพและค่าใช้จ่าย- ปัจจุบันถูกครอบงำโดย905 nmแหล่งที่มากับ1550 นาโนเมตรถูกสำรวจสำหรับคุณสมบัติรถยนต์พรีเมี่ยม

การสำรวจและอุตสาหกรรม:ความต้องการประสิทธิภาพสูงสุดช่วงสุดขีดและความแม่นยำสูง. เลเซอร์ไฟเบอร์ 1550 นาโนเมตรเป็นมาตรฐานที่นี่แม้จะมีค่าใช้จ่าย

ข้อควรพิจารณาการเลือกที่สำคัญ:

การค้าประสิทธิภาพ - นอก:เพิ่มประสิทธิภาพการค้า - ปิดระหว่างช่วงสูงสุด, ความละเอียดของคลาวด์จุด, อัตราเฟรม, และมุมมอง.

งบประมาณความร้อนและพลังงาน:ตรวจสอบให้แน่ใจว่าการออกแบบของระบบสามารถจัดการการใช้พลังงานของโมดูลและกระจายความร้อนที่สร้างขึ้น

การปฏิบัติตามกฎระเบียบ:การออกแบบต้องยึดติดกับตา - มาตรฐานความปลอดภัย (IEC 60825-1)

ห่วงโซ่อุปทาน:ประเมินวุฒิภาวะความยืดหยุ่นและอายุยืนของซัพพลายเออร์เลเซอร์

บทสรุป

โมดูลเลเซอร์ไดโอดเป็นปัจจัยพื้นฐานของความสามารถของระบบ LIDAR ภูมิทัศน์ได้พัฒนาจากเทคโนโลยีที่โดดเด่นเพียงอย่างเดียว (EEL) ไปสู่ระบบนิเวศที่หลากหลายปลาไหล VCSELS และเลเซอร์ไฟเบอร์แต่ละคนให้บริการประสิทธิภาพและตลาดที่แตกต่างกัน วิถีอุตสาหกรรมที่ชัดเจนกำลังเคลื่อนไปสู่การบูรณาการที่สูงขึ้นต้นทุนที่ต่ำลงและประสิทธิภาพที่ดีขึ้นซึ่งขับเคลื่อนโดยนวัตกรรมเป็นหลักอาร์เรย์ VCSELและโฟโตนิกซิลิกอนเทคโนโลยี ในขณะที่เครื่องยนต์เลเซอร์เหล่านี้ยังคงดำเนินต่อไปพวกเขาจะปลดล็อกศักยภาพของ LiDAR เต็มรูปแบบปูทางสำหรับการยอมรับที่แพร่หลายในการใช้งานยานยนต์อุตสาหกรรมและผู้บริโภคและเปิดใช้งานคลื่นลูกต่อไปของการรับรู้อิสระอย่างแท้จริง

ข้อมูลติดต่อ:

หากคุณมีความคิดใด ๆ อย่าลังเลที่จะพูดคุยกับเรา ไม่ว่าลูกค้าของเราจะอยู่ที่ไหนและข้อกำหนดของเราคืออะไรเราจะทำตามเป้าหมายของเราเพื่อให้ลูกค้ามีคุณภาพสูงราคาต่ำและบริการที่ดีที่สุด