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        高效激光二極管推動LiDAR應用發展

        發布時間:2022-05-30 來源:艾睿電子 責任編輯:wenwei

        【導讀】LiDAR(激光探測與測距,激光雷達)已經成為測距應用中的一種關鍵技術,隨著技術越來越成熟與產品價格更趨合理,使其應用越來越廣泛。本文將為您介紹LiDAR技術的發展,以及來自ROHM的激光二極管解決方案。


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        能夠準確感測物體之間距離的LiDAR技術


        LiDAR是由ToF(飛行時間)系統(光源和ToF傳感器或圖像傳感器等)等組成,用來感測周圍情況的一種應用,通常是通過一束脈沖雷射來測量目標的距離等參數。激光雷達在測繪學、考古學、地理學、地貌、地震學、林業、遙感以及大氣物理等領域都有應用。此外,這項技術還用于機載激光地圖測繪、激光測高、激光雷達等高線繪制等具體應用中。


        激光雷達最基本的工作原理與無線電雷達并沒有區別,即由雷達發射系統發送一個信號,經目標反射后被接收系統收集,通過測量反射光的運行時間而確定目標的距離。因為光速是已知的,所以根據發射光的發出時間和后向散射光的接收時間的時間差,就可計算出激光器與物體之間的距離,這就是激光雷達能測距的原理。


        激光二極管(LD)則是激光雷達的關鍵器件之一,它是一種激光生成器,其工作物質是半導體,屬于固體激光生成器,大部份激光二極管在結構上與一般二極管相似。此種電子器件早在1962年出現,早期只能夠發出低亮度的紅光,及后發展出其他單色光的版本,時至今日,能夠發出的光已經遍及可見光、紅外線及紫外線,亮度亦提高到相當高的程度,激光二極管具有效率高、體積小、壽命長的優點。


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        更遠、更準確及更低功耗的激光二極管


        近年來,在掃地機器人、AGV(工業用自動駕駛車輛)和自動駕駛汽車等需要自動化工作的廣泛應用中,可以準確測量距離和識別空間的LiDAR日益普及。在這種背景下,為了能夠更遠、更準確及更低功耗地檢測到信息,這對提高作為光源的激光二極管的性能提出了更高要求。


        全球知名半導體制造商ROHM一直致力于開發、供應包括LED在內的FP激光二極管和VCSEL(垂直腔面發射激光器)產品,最近此類產品在掃地機器人和監控攝像頭等領域的ToF傳感器光源等應用中日益普及。


        同時,ROHM利用在推出各種產品過程中積累的光學元器件的開發經驗和技術,持續推進在更大程度地發揮出元器件的性能,并進一步提高輸出功率的研發。ROHM還通過元器件的開發及其在模塊中的應用,開發出眾多各具優勢的傳感器光源產品,為提高距離測量和空間識別系統的精度做出了貢獻。


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        75W高輸出功率的激光二極管


        日前,ROHM開發出一款高輸出功率半導體激光二極管――RLD90QZW3,非常適用于搭載測距和空間識別用LiDAR的工業設備領域的AGV和服務機器人、消費電子設備領域的掃地機器人等應用。


        ROHM已經擁有實現了更窄的激光線寬的自有專利技術,有助于LiDAR支持更遠的距離并實現更高的精度。25W高輸出功率激光二極管RLD90QZW5從2019年開始量產,在以消費電子設備領域為主的應用中越來越多地被采用。此次,為了將應用擴展到市場日益增長的工業設備領域,ROHM開發出75W高輸出功率的激光二極管RLD90QZW3。


        RLD90QZW3是一款紅外75W高輸出功率激光二極管,針對利用3D ToF系統進行測距和空間識別的LiDAR而開發。利用ROHM自有的元器件開發技術,在業界同等輸出功率激光二極管中實現了225μm的超窄線寬,與線寬290μm、溫度相關性0.25nm/℃的普通產品相比,線寬縮窄22%,實現了高光束性能。


        同時,通過使發光強度更均勻,并利用激光波長較低的溫度相關性,激光波長的溫度相關性低至0.15nm/℃,與普通產品相比可降低40%,不易受溫度變化的影響,因此可穩定發揮高性能,因此有助于LiDAR在各種環境下實現長距離應用,而在測量距離相等的情況下,也有助于實現和更高精度。此外,與窄線寬存在此消彼長關系的光電轉換效率(PCE),也達到了與普通產品同等的21%(正向電流24A、75W輸出時),因此在采用RLD90QZW3時無需擔心會增加功耗。如欲了解更多信息,請訪問RLD90QZW3產品頁面:https://www.rohm.com.cn/products/laser-diodes/high-power-lasers/rld90qzw3-product。


        目前,ROHM正在開發具有120W高輸出功率和車載級(符合AEC-Q102標準)激光二極管產品。未來,ROHM將繼續為包括汽車領域在內的安全、便捷的LiDAR應用產品的開發貢獻力量。


        多樣化支持工具加快產品開發速度


        為了協助客戶的新產品開發,支持產品快速引入市場,ROHM在官網上免費提供評估和導入新產品所需的豐富設計數據,其中包括含有驅動電路設計方法的應用指南、電路板開發用的數據和仿真用的模型(SPICE模型、Ray數據)等。


        此外,ROHM也推出單通道LiDAR(REFLD001)參考設計,這是一款單通道LiDAR演示板,可讓您使用LiDAR ToF范圍技術檢查高速光學前端的運行情況,測量距離可達50m。


        REFLD001參考設計基于LiDAR ToF技術,使用方便,便于客戶進一步開發。此外,通過高速開關可實現低功耗的遠距離測量。REFLD001采用ROHM 905nm 75W RLD90QZW3不可見激光二極管,可支持遠距離測量,在相同LD功率條件下提供更省電的15nsec脈沖激光器,且所有系統都是采用單一電源供應。LiDAR ToF架構可應用于汽車以及消費和工業機械領域,可廣泛應用于LiDAR激光雷達、距離測量工具、安全傳感器/接近傳感器、BIM(建筑信息模型)、停車輔助系統、機器人吸塵器、AGV等產品。


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        結語


        隨著高功率激光二極管的推出,使得LiDAR應用的效能表現越來越好,市場接受度也逐漸攀升。由ROHM推出的紅外75W高輸出功率激光二極管具備更高的精度與更低的功耗,并提供完整的技術支持,將是LiDAR應用的更佳器件選擇。



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