ما هي وحدات الليزر المستخدمة في Lidar؟

برز الكشف عن الضوء وتراوحته (LIDAR) كتقنية حجر الزاوية لتصور الماكينة ، مما يتيح المركبات المستقلة للتنقل في البيئات المعقدة ، والروبوتات لتحديدها والتفاعل مع محيطها ، والمدن الذكية لتحسين إدارة البنية التحتية. بدور "عيون" هذه الأنظمة ، يقوم LIDAR بإنشاء دقة عالية - ، ثلاثة خرائط سحابة- الأبعاد عن طريق قياس الوقت الذي يستغرقه نبضات الضوء المنبعثة للعودة من الكائنات.

في قلب جهاز إرسال كل Lidar يكمن محركه الأساسي:وحدة الصمام الثنائي الليزر. هذا المكون الحرج ليس مجرد مصدر للضوء ؛ تملي معلمات الأداء مباشرة الحد الأقصى للنظام ، والدقة ، والقرار ، وفي نهاية المطاف ، تكلفته وقابليته للتبني الجماعي. توفر هذه المقالة تحليلًا شاملاً لتقنيات وحدة الليزر الأولية المستخدمة في أنظمة LIDAR الحديثة ، ومقارنة خصائصها وتقديم إطار للاختيار استنادًا إلى التطبيق - المتطلبات المحددة.

مبادئ تشغيل LIDAR والمتطلبات الرئيسية لوحدات الليزر

تعمل معظم أنظمة Lidar التجارية علىTime - من - رحلة (tof)المبدأ ، حيث يتم انبعاث نبض ليزر قصير ، ويتم قياس وقت الرحلة- لحساب المسافة. طريقة بديلة وأكثر تعقيدًاالتردد - موجة مستمرة (FMCW)، والذي يستخدم ترددًا متماسكًا - شعاع ليزر معدّل لقياس المسافة والسرعة في وقت واحد عبر تأثير دوبلر.

أداء وحدة الليزر أمر بالغ الأهمية. تتضمن المتطلبات الرئيسية:

الطول الموجي:الأطوال الموجية الأساسية905 نانومترو1550 نانومتر. 905 nm lasers هي كاشفات من السيليكون أرخص وتستفيد من أن تكون لها عينات آمنة أقل - . 1550 يتم امتصاصها من قِبل السوائل الزجاجية للعين ، مما يتيح أن يكون هناك قدر كبير من الإلغاء ، ولكن يتطلب أكثر من غالود جالويوم غاليوم (internide).

قوة الذروة:الحد الأقصى للطاقة البصرية للنبض. تتيح قوة الذروة الأعلى نطاقات الكشف الأطول عن طريق ضمان إشارة ضوضاء كافية - إلى - لإشارة الإرجاع.

عرض النبض:مدة كل نبضة ليزر. تتيح النبض الأضيق دقة مسافة أعلى ، مما يسمح للنظام بالتمييز بين كائنين متباعدة عن كثب.

تردد تكرار النبض (PRF):المعدل الذي تنبعث منه النبضات (على سبيل المثال ، 100 كيلو هرتز إلى عدة ميغاهيرتز). يولد PRF أعلى سحابة نقطة كثيفة ومعدل إطار أعلى ولكن يتطلب جهاز استقبال أسرع.

تباعد الشعاع:مقياس مقدار شعاع الليزر ينتشر على المسافة. يعد الاختلاف المنخفض أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق الدقة الزاوية العالية والقدرة على تمييز التفاصيل الدقيقة على المدى الطويل.

الكفاءة والإدارة الحرارية:تؤثر كفاءة الليزر على استهلاك الطاقة بشكل عام وتوليد الحرارة. تعد الإدارة الحرارية الفعالة أمرًا بالغ الأهمية للموثوقية ومنع انجراف الأداء.

يكلف:عامل حاسم للتوسع والتسويق ، وخاصة في تطبيقات السيارات.

في - تحليل عمق تقنيات وحدة الليزر السائدة

1. EDGE - انبعاث الليزر (EEL)

مبدأ التكنولوجيا:ليزر أشباه الموصلات التقليدية حيث ينبعث الضوء من حافة الشريحة. عادة ما يتم تعبئتها بشكل فردي وتتطلب محاذاة معقدة ونشطة للبصريات الموازنة.

صفات:

المزايا:ارتفاع ناتج الطاقة الذروة ، وعملية التصنيع الناضجة والمثبتة ، وتكلفة منخفضة نسبيا لكل وحدة.

عيوب:جودة الحزمة السفلية مع الاستجماتيزم المتأصل (شكل الشعاع الإهليلجي) ، عبوة أكبر وأكثر تعقيدًا ، يصعب دمجها في صفائف كبيرة -.

طلب:العمود الفقري لأنظمة LIDAR السابقة ، والتي تستخدم في الغالب في بنية الحالة الميكانيكية والهجينة -.

2. العمودي - سطح التجويف -

مبدأ التكنولوجيا:ينبعث الضوء بشكل عمودي من السطح العلوي من رقاقة أشباه الموصلات. يسمح ذلك باختبار مستوى الرقاقة والتكوين الطبيعي لصفان أبعاد- واثنتان-.

صفات:

المزايا:جودة الشعاع المتفوقة (متماثل ، ملف تعريف دائري) ، تيار عتبة منخفضة ، استهلاك الطاقة المنخفضة ، موثوقية عالية للغاية ، وتعبئة بسيطة بسبب انبعاث السطح. ظهورMulti - تقاطع (MJ)التكنولوجيا ، حيث يتم تكديس طبقات نشطة متعددة ، زادت بشكل كبير من كثافة الطاقة إلى ثعابين المنافسة.

عيوب:تاريخيا منخفضة كثافة الطاقة مقارنة مع EELs ، على الرغم من أن هذه الفجوة قد تم إغلاقها بواسطة MJ - VCSELS.

طلب:يستخدم في البداية في الإلكترونيات الاستهلاكية (على سبيل المثال ، معرف وجه الهاتف الذكي). Mj - صفيفات Vcsel هي الآن الخيار السائد لأنواع Lidar Solid - ، وخاصةالوقت المباشر - من - رحلة (DTOF)وفلاش Lidar، حيث يلزم حقل إضاءة كبير موحد.

3. ليزر الألياف

مبدأ التكنولوجيا:يستخدم نادرة - Earth - الألياف البصرية المخدر كوسيط كسب. إنها أنظمة معقدة غالبًا ما تتضمن ليزر البذور ومكبرات الصوت.

صفات:

المزايا:جودة شعاع استثنائية (حيود - محدودة) ، قوى الذروة العالية للغاية والمتوسط ​​، وهي المصدر الأساسي لمكافحة 1550 نانومتر ، مستفيدة من مزايا السلامة - لاكتشاف النطاق الطويل-.

عيوب:تكلفة عالية للغاية ، وحجم كبير وعامل الشكل ، والتجميع المعقد ، واستهلاك الطاقة الأعلى مقارنة مع ثنائيات أشباه الموصلات.

طلب:يستخدم في المقام الأول في الأداء - التطبيقات الهامة حيث يكون الحد الأقصى للنطاق والدقة أمرًا بالغ الأهمية ، مثل أنظمة Lidar العسكرية ، والمسح الطبوغرافي ، ومصادر LineWidth متماسكة وضيقة-.

مقارنة التكنولوجيا والاتجاهات المستقبلية

جدول الملخص المقارن:

اتجاهات المستقبل:

صعود VCSELS:تعزز تقنية Multi - تقنية VCSEL موضعها كحل مفضل لتوليد- ، الصلبة القابلة للتطوير - LIDAR بسبب مزيجه المثالي من الأداء ، والتكامل ، والتكلفة المستقبلية -.

هجرة الطول الموجي:زيادة البحث والتطوير في ليزر أشباه الموصلات 1550 نانومتر (على سبيل المثال ، ingaas -) تهدف إلى خفض تكلفة هذا الطول الموجي المتفوق ، مما يجعل نطاق الأداء طويل - ، مرتفع -.

Chip - تكامل المستوى والسيليكون الضوئي:يكمن المستقبل في دمج مصدر الليزر ، وإلكترونيات السائق ، والمكونات البصرية (مثل توجيه الشعاع) على شريحة واحدة أو حزمة واحدة. يعد السيليكون الضوئي (Siph) بتمكين التكلفة - الصغيرة ، المنخفضة- ، و leidar الموثوقة للغاية - على - A - حلول رقاقة.

تقدم FMCW Lidar:مع نضوج تقنية FMCW ، سينمو الطلب على مصادر الليزر المتماسكة للغاية - (على سبيل المثال ، الليزر القابل للضبط) ، مدفوعًا بمزاياه المتأصلة في الكشف عن السرعة والمناعة لتداخل أشعة الشمس.

اختيار وحدة ليزر لنظام Lidar الخاص بك

اختيار التكنولوجيا الصحيحة هو قرار المستوى - على أساس التطبيق:

تحديد المتطلبات حسب التطبيق:

السيارات (إنتاج السلسلة):يعطي الأولويةالتكلفة والموثوقية وحجمها المدمج وانخفاض استهلاك الطاقةلتلبية مؤهلات السيارات الصارمة (AEC - Q102).صفائف VCSELهي المنافس الرئيسي.

الروبوتات/AGVS:يتطلبأداء النطاق المتوسط ​​- ، وموثوقية عالية ، و - إلى - التكلفة المتوسطة. كلاهما905NM ثعابينوVCselsهي خيارات مناسبة.

برنامج التشغيل المتقدم - أنظمة المساعدة (ADAS):الأرصدةالأداء والتكلفة. يسيطر عليها حاليا905 نانومترمصادر ، مع1550 نانومتريجري استكشافها لميزات المركبات المتميزة.

المسح والصناعات:مطالبالحد الأقصى للأداء والنطاق المتطرف ودقة عالية. 1550 نانومتر ليزر الأليافهي المعيار هنا ، على الرغم من تكلفتها.

اعتبارات الاختيار الرئيسية:

تجارة الأداء - Offs:تحسين التجارة - بينهماالنطاق القصوى, دقة السحابة النقطة, معدل الإطارات، ومجال الرؤية.

الميزانية الحرارية والطاقة:تأكد من أن تصميم النظام يمكنه التعامل مع استهلاك الطاقة للوحدة وتبديد الحرارة التي تم إنشاؤها.

الامتثال التنظيمي:يجب أن يلتزم التصميم بالعين - (IEC 60825-1).

الموردين:تقييم النضج ، قابلية التوسع ، وطول العمر لمورد الليزر.

خاتمة

وحدة الصمام الثنائي بالليزر هي المحدد الأساسي لقدرات نظام LiDar. تطورت المشهد من تقنية مهيمنة واحدة (EEL) إلى نظام بيئي متنوع حيثالثعابين ، VCSELS ، وألياف الليزر الأليافيخدم كل منهما أداء مميزًا وقطاعات السوق. يتجه مسار الصناعة الواضحة نحو التكامل الأعلى ، وتكلفة أقل ، وتحسين الأداء ، مدفوعًا بشكل أساسي بالابتكارات فيصفيف vcselوالسيليكون الضوئيالتقنيات. مع استمرار تقدم محركات الليزر هذه ، ستفتح الإمكانات الكاملة لـ LIDAR ، مما يمهد الطريق لتبنيه في كل مكان عبر تطبيقات السيارات والصناعية والمستهلكين ، وتمكين الموجة التالية من التصور الذاتي.

معلومات الاتصال:

إذا كان لديك أي أفكار ، فلا تتردد في التحدث إلينا. بغض النظر عن مكان وجود عملائنا وما هي متطلباتنا ، سنتبع هدفنا لتزويد عملائنا بجودة عالية وأسعار منخفضة وأفضل خدمة.