Lidar에 사용되는 레이저 모듈은 무엇입니까?

LIDAR (Light Detection and Ranging) (LIDAR)은 기계 인식을위한 초석 기술로 등장하여 자율 주행 차량이 복잡한 환경을 탐색하고 로봇이 주변 환경을 매핑하고 상호 작용할 수있는 로봇 및 스마트 도시를 인프라 관리를 최적화 할 수 있도록했습니다. 이 시스템의 "눈"역할을하는 Lidar는 - 해상도, 3 개의 - 치수 포인트 클라우드 맵을 생성합니다.

모든 Lidar의 송신기의 중심에는 핵심 엔진이 있습니다.레이저 다이오드 모듈. 이 중요한 구성 요소는 단순한 광원이 아닙니다. 성능 매개 변수는 시스템의 최대 범위, 정확도, 해상도 및 궁극적으로 대량 채택 비용과 생존력을 직접 지시합니다. 이 기사는 현대적인 LIDAR 시스템에 사용 된 기본 레이저 모듈 기술에 대한 포괄적 인 분석을 제공하여 특성을 비교하고 응용 프로그램 - 특정 요구 사항을 기반으로 선택을위한 프레임 워크를 제공합니다.

레이저 모듈에 대한 LIDAR 작동 원리 및 주요 요구 사항

대부분의 상업용 라이더 시스템이 작동합니다- 비행 (tof)의 시간 -짧은 레이저 펄스가 방출되는 원리 및 둥근 - 트립 시간은 거리를 계산하기 위해 측정됩니다. 대안적이고 더 복잡한 방법은입니다주파수 - 변조 된 연속파 (FMCW)코 히어 런트 주파수 - 변조 레이저 빔을 사용하여 도플러 효과를 통해 거리와 속도를 동시에 측정합니다.

레이저 모듈의 성능이 가장 중요합니다. 주요 요구 사항은 다음과 같습니다.

파장:1 차 파장은입니다905 nm그리고1550 nm. 905 nm 레이저는 저렴하고 실리콘 탐지기를 활용하지만 허용 눈이 낮습니다 - 안전한 전력 한계 . 1550 nm 빛은 레티 나에 도달하기 전에 눈의 유리체 액체에 의해 흡수되어 훨씬 더 높은 전력을 허용하지만 더 비싼 인듐 갤리움 (inga).

피크 파워 :펄스의 최대 광학 전력. 피크 전력이 높을수록 충분한 신호 - 대 - 노이즈 비율이 - 노이즈 비율을 충분히 보장함으로써 더 긴 감지 범위를 가능하게합니다.

맥박 너비 :각 레이저 펄스의 지속 시간. 더 좁은 펄스는 더 높은 거리 해상도를 가능하게하여 시스템이 두 개의 밀접하게 간격을 두는 물체를 구별 할 수있게합니다.

펄스 반복 주파수 (PRF) :펄스가 방출되는 속도 (예 : 100 kHz ~ 여러 MHz). PRF가 높을수록 더 밀도가 높은 포인트 클라우드와 더 높은 프레임 속도를 생성하지만 더 빠른 수신기가 필요합니다.

빔 발산 :레이저 빔이 멀리 떨어져 얼마나 많이 퍼지는지를 측정합니다. 낮은 발산은 높은 각도 해상도를 달성하고 장거리에서 미세한 세부 사항을 식별 할 수있는 데 중요합니다.

효율성 및 열 관리 :레이저 효율은 전반적인 시스템 전력 소비 및 열 생성에 영향을 미칩니다. 효과적인 열 관리는 신뢰성과 성능 드리프트 방지에 중요합니다.

비용:특히 자동차 애플리케이션에서 확장 성 및 상용화에 대한 결정적인 요소.

- 주류 레이저 모듈 기술의 깊이 분석

1. 가장자리 - 방출 레이저 (eel)

기술 원리 :칩의 가장자리에서 빛이 방출되는 전통적인 반도체 레이저. 이들은 일반적으로 개별적으로 포장되며 Collimation Optics의 복잡하고 활발한 정렬이 필요합니다.

형질:

장점 :높은 피크 출력, 성숙하고 입증 된 제조 공정, 단위당 상대적으로 저렴한 비용.

단점 :고유의 난시 (타원형 빔 모양), 더 크고 더 복잡한 포장으로 열등한 빔 품질, 큰 두 - 치수 배열에 통합하기가 어렵습니다.

애플리케이션:초기 LIDAR SYSTEM의 작업 하우스는 주로 기계적 회전 및 하이브리드 솔리드 - 상태 아키텍처에 사용됩니다.

2. 수직 - 공동 표면 - 방출 레이저 (vcsel)

기술 원리 :특히 반도체 칩의 상부 표면에서 빛이 방출됩니다. 이를 통해 웨이퍼 레벨에서 테스트하고 하나의 - 치수 및 2 개의 - 치수 배열의 자연적인 형성이 가능합니다.

형질:

장점 :우수한 빔 품질 (대칭, 원형 프로파일), 낮은 임계 값, 낮은 전력 소비, 매우 높은 신뢰성 및 표면 방출로 인한 간단한 포장. 의 출현multi - 정션 (MJ)다중 활성 레이어가 쌓인 기술은 경쟁 장어에 대한 전력 밀도를 극적으로 증가 시켰습니다.

단점 :이 간격은 MJ - vcsels에 의해 폐쇄되었지만 역사적으로 전력 밀도가 낮습니다.

애플리케이션:처음에 소비자 전자 제품 (예 : 스마트 폰 얼굴 ID)에 사용되었습니다. mj - vcsel 어레이는 이제 Solid - State Lidar 유형에 대한 지배적 인 선택입니다.- 비행 (dtof)의 직접 시간 -그리고플래시 라이더크고 균일 한 조명 필드가 필요한 경우.

3. 섬유 레이저

기술 원리 :희귀 - earth - 도핑 광섬유를 게인 매체로 사용합니다. 종종 종자 레이저와 앰프를 포함하는 복잡한 시스템입니다.

형질:

장점 :탁월한 빔 품질 (회절 - Limited), 매우 높은 피크 및 평균 전력, 1550 nm 파장의 주요 소스이며 눈 - 긴 - 범위 감지의 안전 장점을 활용합니다.

단점 :반도체 다이오드에 비해 매우 높은 비용, 대형 및 폼 팩터, 복잡한 어셈블리 및 더 높은 전력 소비.

애플리케이션:성능 - 최대 범위와 정밀도가 군사 리디 다르, 지형 측량 및 높은 - 끝 FMCW Lidar 시스템과 같이 최대 범위와 정밀도가 가장 중요합니다. - linewidth 소스가 필요합니다.

기술 비교 및 ​​미래 추세

비교 요약 표 :

미래의 트렌드 :

vcsels의 승천 :Multi - Junction vcsel 기술은 성능, 통합 성 및 향후 비용의 완벽한 조화로 인해 다음 - 생성, 확장 가능한 고체 - State Lidar의 선호하는 솔루션으로서의 위치를 ​​강화하고 있습니다.

파장 마이그레이션 :1550 nm 반도체 레이저 (예 : Ingaas - 기반)에 대한 연구 개발 증가는이 우수한 파장의 비용을 낮추는 것을 목표로하며, 긴 - 범위, 높은 - 성능 lidar를보다 접근 할 수 있습니다.

칩 - 레벨 통합 및 실리콘 광자 :미래는 레이저 소스, 드라이버 전자 제품 및 광학 부품 (빔 조정기 등)을 단일 칩 또는 패키지에 통합하는 데 있습니다. 실리콘 광자기 (siph)는 - a - 칩 솔루션에서 Ultra - 소형, 낮은 - 비용 및 매우 신뢰할 수있는 lidar -를 가능하게 할 것을 약속합니다.

FMCW LIDAR의 발전 :FMCW 기술이 성숙함에 따라, 일관성이 높고 좁은 - linewidth 레이저 소스 (예 : 조정 가능한 레이저)에 대한 수요는 속도 감지 및 태양 간섭에 대한 내재적 장점에 의해 구동 될 것입니다.

LIDAR 시스템의 레이저 모듈을 선택합니다

올바른 기술을 선택하는 것은 애플리케이션을 기반으로 한 시스템 - 레벨 결정입니다.

응용 프로그램별로 요구 사항 정의 :

자동차 (시리즈 제작) :우선 순위비용, 신뢰성, 소형 크기 및 저전력 소비엄격한 자동차 자격을 충족시키기 위해 (AEC - Q102).VCSEL 어레이주요 경쟁자입니다.

로봇 공학/AGV :필요합니다중간 - 범위 성능, 높은 신뢰성 및 낮은 - ~ - 중간 비용. 둘 다905nm 엘그리고vcsels적절한 선택입니다.

고급 드라이버 - 보조 시스템 (ADAS) :균형성능과 비용. 현재 지배적입니다905 nm소스1550 nm프리미엄 차량 기능에 대한 탐색.

측량 및 산업 :요구최대 성능, 극한 범위 및 높은 정밀도. 1550 nm 섬유 레이저비용에도 불구하고 표준입니다.

주요 선택 고려 사항 :

성능 거래 - 오프 :거래 -을 최적화하십시오최대 범위, 포인트 클라우드 해상도, 프레임 속도, 그리고시야의 분야.

열 및 전력 예산 :시스템 설계가 모듈의 전력 소비를 처리하고 생성 된 열을 소비 할 수 있는지 확인하십시오.

규제 준수 :디자인은 눈 - 안전 표준 (IEC 60825-1)을 준수해야합니다.

공급망 :레이저 공급 업체의 성숙도, 확장 성 및 수명을 평가하십시오.

결론

레이저 다이오드 모듈은 LIDAR 시스템 기능의 기본 결정 요인입니다. 풍경은 단일 지배적 기술 (eel)에서 다양한 생태계로 진화했습니다.뱀장어, VCSEL 및 섬유 레이저각각은 독특한 성능과 시장 부문을 제공합니다. 명확한 산업 궤적은 주로 혁신에 의해 주도되는 높은 통합, 저렴한 비용 및 개선 된 성능으로 나아가고 있습니다.vcsel 배열그리고실리콘 광자기술. 이 레이저 엔진이 계속 발전함에 따라 LIDAR의 잠재력을 최대한 활용하여 자동차, 산업 및 소비자 응용 프로그램에 걸쳐 유비쿼터스 채택을위한 길을 열고 다음 자율적 인식의 물결을 실제로 가능하게합니다.

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