Uporaba mikročipov laserjev v Lidarju

Laserji za mikročipa, za katero je značilna njihova kompaktna monolitna arhitektura, kakovost visoke snopa in izjemna stabilnost, se pojavljajo kot ključna tehnologija, ki omogoča zaznavanje svetlobe in razpon (LIDAR). Ker LiDAR sistemi postajajo vse bolj kritični za aplikacije, kot sta avtonomna vožnja in daljinsko zaznavanje, povpraševanje po laserskih virih, ki so hkrati visoki -, izvajajo, robustno in stroškovno - učinkovito se okrepijo.

1. uvod

1.1 Pregled tehnologije Lidar
Zaznavanje svetlobe in razpon (LIDAR) je metoda daljinskega zaznavanja, ki meri razdaljo z osvetlitvijo cilja z lasersko svetlobo in analizo odsevnega signala. Tipični sistem LiDAR obsega tri jedrne komponente: laserski oddajnik, občutljiv sprejemnik (ponavadi fotodioda z plazonjem) in mehanizem za skeniranje (mehanski, MEMS ali trdni - stanje). Z izračunom časa - od - letenja (TOF) laserskega impulza ali faznih premikov v neprekinjenem valu ustvarja natančno, visoko - ločljivost tri - dimenzijske točke maps v okolju. Njegove aplikacije obsegajo avtonomna vozila, robotiko, topografsko preslikavo in navigacijo brezpilotnih zračnih vozil (UAV), z jasnim tržnim trendom pa si prizadeva za višjo ločljivost, daljši doseg, manjši faktorji in nižje stroške.

1.2 Povpraševanje po idealnem viru Lidarja
Učinkovitost sistema Lidar je v bistvu omejena z lastnosti njegovega laserskega vira. Idealen vir mora izpolnjevati zahteven nabor zahtev:

Visoka največja moč:Bistvenega pomena za dolgo zaznavanje območja -, premagovanje atmosferske slabljenja.

Ozka širina pulza:Kritično za visoko natančnost in ločljivost (pod - cm zmožnost).

Odlična kakovost snopa (v bližini - difraction - Limited):Zagotavlja majhno, osredotočeno mesto na dolgih razdaljah, kar neposredno pomeni visoko kotno ločljivost in ciljno diskriminacijo.

Visoka stopnja ponavljanja:Omogoča hitro skeniranje in gosto točkovno oblake, izboljšuje hitrost okvirja in prepoznavanje predmetov.

Miniaturizacija in robast:Obvezno za integracijo v mobilne platforme, kot so avtomobili in droni.

Velika zanesljivost in dolgo življenjsko dobo:Mora vzdržati ostre okoljske razmere (temperatura, vibracije) za industrijske in avtomobilske aplikacije.

Nizki stroški:Predpogoj za maso - tržna komercializacija.

1.3 Struktura obsega in člankov
Ta članek predstavlja, da je mikročip laser vodilni kandidat za izpolnjevanje teh večplastnih zahtev. Naslednji razdelki bodo zagotovili podroben pregled laserske tehnologije Microchip, njegovo uporabo v različnih sistemih LiDAR in prihodnjo usmeritev.

2. lasersko tehnologija mikročipa: podroben izpit

2.1 Kaj je laser za mikročip?
Mikročip laser je kompakten, trden - državni laser, kjer resonančna votlina tvori tanko rezino (običajno<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 Operativno načelo in ključne značilnosti
Laser optično črpa z lasersko diodo (LD). Izjemno kratka dolžina votline vodi do velikega razmika vzdolžnega načina, ki pogosto prisili enkratno - frekvenčno delovanje. Primarni operativni način za impulzni lidar jeQ - preklop:

Aktivno Q - preklop:Elektro - optični ali acousTo - optični modulator znotraj votline se uporablja za ustvarjanje natančno nadzorovanih, visokih - energijskih impulzov.

Pasivno q - preklop:Saturno absorber material (npr. Cr: yag) je vgrajen v strukturo mikročipa. To omogoča, da se samo - utripa, zaradi česar je laser enostavnejši, bolj kompakten in nižji strošek, čeprav z manj časa za časovno nadzor.

Ta mehanizem proizvaja nanosekund - trajanje impulzov s kilovatom do megavata - ravni najvišje moči - idealna kombinacija za neposredni LIDAR.

2.3 Ključne prednosti laserjev za mikročipa

Kompaktnost in integrabilnost:Njihova monolitska, vse - trdna - dizajn države omogoča pakiranje v glasnosti nekaj kubičnih centimetrov ali manj, kar olajša integracijo v prostor - omejene sisteme.

Vrhunska kakovost snopa:Zasnova sam po sebi podpira temeljni prečni način (TEM00), kar ima za posledico difrakcijo - omejen žarek z nizko razhajanje, ki je ključnega pomena za dolgo - območje, visoko - ločljivost slikanja.

Visoka največja moč in ozka širina pulza:Kratka votlina omogoča hitro pridobivanje energije, kar povzroči kratke, intenzivne impulze, potrebne za natančno merjenje TOF.

Visoka učinkovitost in stabilnost: With integrated Thermoelectric Coolers (TECs), they maintain stable operation over a wide temperature range, ensuring consistent performance and long operational lifetime (>10.000 ur).

Nizka poraba energije:Njihova visoka električna - do - optična učinkovitost je idealna za mobilne platforme, ki jih upravljajo baterije -.

3. Specifične aplikacije v sistemih Lidar

3.1 Prijave po načelu

Neposreden čas - od - let (dtof) lidar: Microchip lasers serve as the ideal pulsed source. Their high peak power enables long-range detection (>200 m za avtomobil), medtem ko njihova ozka širina impulza zagotavlja visoko natančnost. So najprimernejši vir za High - zmogljivosti Automotive Long - Range Lidar in zračne topografske sisteme preslikave.

Frekvenca - modulirana neprekinjena - val (fmcw) lidar:Enojne - frekvenca, neprekinjena - laserji valovnih mikročipov lahko uporabite kot vir za FMCW Lidar. Kadar linearno frekvenca - crkljajo, omogočajo hkratno, zelo natančno merjenje tako dosega kot trenutne hitrosti, kar je ključna prednost pri izogibanju avtomobilskemu trčenju in industrijske metrologije.

3.2 Aplikacije po platformi in scenariju

Avtomobilski lidar:

Forward - videti dolgo - območje lidar: Utilizes high-power microchip laser arrays to achieve the >150m razpon, potreben za avtocesto - hitrostna avtonomna vožnja.

Kratek - obseg/stran - lidar:Zaposluje srednje - laserje moči za skoraj - zaznavanje polja in slepo - spremljanje spot, s čimer izkorišča njihovo majhnost za brezhibno integracijo vozil.

Lidar v zraku in vesolju:Stroga omejitve teže in moči UAV in satelitov omogočajo majhno velikost in visoko učinkovitost laserjev za mikročipa Tehnologija po izbiri za aplikacije, kot so preslikava gozdnih krošnjah in raziskovanje planeta.

Industrijska in robotika Lidar:Uporablja se v avtomatiziranih vodenih vozilih (AGV) za navigacijo in preprečevanje ovir ter v sistemih 3D profiliranja za nadzor kakovosti. Njihova robustnost zagotavlja zanesljivo delovanje v zahtevnih tovarniških okoljih.

Potrošniška elektronika:Nenehna miniaturizacija mikročipov laserjev je vodilni kandidat za integracijo v pametne telefone, AR/VR slušalke in pametne domače naprave za aplikacije, kot so prepoznavanje obraza, nadzor gest in 3D skeniranje objektov.

4. Tehnični izzivi in ​​prihodnji trendi

4.1 Prevladujoči tehnični izzivi

Stroški:Natančna proizvodnja, kristalni materiali in embalaža trenutno dražji od visokih - alternativ glasnosti, kot je Edge - oddajanje laserjev (jegulje). Zmanjšanje stroškov je ključno za množično sprejetje.

Moč skaliranja:Izhodna moč iz enega samega oddajalca je omejena. Razmerjanje na večjo moč zahteva konfiguracije ojačevalnika laserskega marita ali glavnega ojačevalnika oscilatorja (MOPA), ki dodajo zapletenost.

Diverzifikacija valovne dolžine:Medtem ko je 1,06 μm pogosta, so oko - varna spektralna območja (1,5 μm in 2 μm) kritična za številne javne -, s katerimi se soočajo. Razvoj visokih - zmogljivosti mikročipov laserjev pri teh valovnih dolžinah ostaja aktivno območje R&D.

Sistem - v - integracija čipa:Popolna integracija laserskega, skenerja (npr. MEM), detektorja in elektronike na eno samo fotonsko integrirano vezje (PIC) predstavlja pomembne izzive izdelave in embalaže.

4.2 Prihodnji razvojni trendi

Čip - masna proizvodnja lestvice:Uporaba tehnik izdelave polprevodnikov za izdelavo laserjev za mikročipa na rezine, dramatično zmanjšanje stroškov in izboljšanje proizvodnega donosa in doslednosti.

Razširitev valovne dolžine:Razvoj novih materialov za dobiček za pokrivanje širšega spektra, od vidnega do sredine - infrardečega, prilagojenega za posebne aplikacije, kot sta podvodni lidar ali atmosfersko zaznavanje.

Inteligentna in funkcionalna integracija:Vgrajevanje spremljanja, diagnostike in pametnega gonilnega vezja neposredno v laserski paket za večjo zmogljivost in zanesljivost.

Novi materiali in strukture:Raziskovanje novih dobičkov medijev, kot so tanki - filmski litijev niobate (TFLN) za integrirane modulatorje in kvantne pik materiale, da potisnejo meje zmogljivosti in funkcionalnosti.

5. Zaključek in obeti

Če povzamemo, mikročipični laserji ponujajo prepričljivo mešanico zmogljivosti, velikosti in robustnosti, ki neposredno obravnava temeljne potrebe sodobnih sistemov LiDAR. Njihova vrhunska kakovost snopa, visoka največja moč v kratkih impulzih in monolitna trajnost jih postavljajo kot temeljno tehnologijo za napredovanje Lidarja k višji zmogljivosti in širši komercializaciji.

Če gledamo naprej, se pričakuje, da bodo proizvodne lestvice in stroški laserji mikročipov prešli iz specializiranih, visokih - končnih sistemov v vseprisotne komponente v masi - tržni izdelki. Postavljajo se tako, da bodo postali "svetle oči" prihodnjih inteligentnih sistemov zaznavanja, ki zagotavljajo kritično zaznavanje, ki bo podprla avtonomno, medsebojno povezano in digitalno - preslikani svet jutri.

Kontaktni podatki:

Če imate kakšne ideje, se lahko pogovorite z nami. Ne glede na to, kje so naše stranke in kakšne so naše zahteve, bomo sledili našemu cilju, da svojim strankam zagotovimo visoko kakovostne, nizke cene in najboljšo storitev.