簡述激光雷達Lidar里面的激光

雷達作為車輛避障的重要手段，現(xiàn)在已經從最初僅有超聲波雷達發(fā)展到超聲波雷達、毫米波雷達和激光雷達互補共存的階段，激光雷達以其分辨率高的優(yōu)勢，迎來快速增長的時期，無人駕駛技術已是大勢所趨，車載的激光雷達近幾年出現(xiàn)爆發(fā)式增長的局面。

目前車載激光雷達的光源跟掃地機中的激光雷達一樣， 大多采用905 nm的激光器，存在人眼安全問題， 特別是在工作距離達到150 m以上，905 nm的激光器的光功率超過了人眼安全的閾值時，必須采用人眼安全波段的激光器，1550 nm就是人眼安全波段的典型代表，在同樣的光斑大小和脈寬條件下，1550 nm激光的最大允許曝光量和最大允許峰值光功率值均比905 nm激光高出幾個數(shù)量級。

2、介紹一下幾種常見的雷達激光器

2.1 EEL激光器

用于激光雷達的邊發(fā)射激光器，最常用的是InGaAs/GaAs應變量子阱脈沖激光二極管（PLD， Pulsed laser diode），波長以905 nm最為流行。

相較于1550 nm波長，905 nm的主要優(yōu)點是硅在該波長處吸收光子，而硅基光電探測器通常比探測1550 nm光所需的銦鎵砷（InGaAs）近紅外探測器更加成熟，從成本和整體成熟度方面來講是大批量應用的必然選擇，性價比更高。

因此，為了實現(xiàn)遠距離的測距，首先選擇905 nm脈沖激光二極管，再使激光脈沖的峰值功率盡可能大。同時對于高精度的激光雷達方案，激光脈沖的寬度和上升沿質量對后續(xù)時間間隔的精確測量具有重要意義。905 nm脈沖激光二極管常見于掃描式激光雷達，包括機械旋轉式和MEMS固態(tài)激光雷達。

905 nm 脈沖激光二極管在測距領域已廣泛應用很多年，技術也是突飛猛進。激光器芯片的發(fā)射單元結構已由單層發(fā)展到兩疊層或三疊層甚至四疊層。

隨著激光雷達對905 nm 脈沖激光二極管輸出功率及光學點陣云要求的提高，激光雷達所需的芯片結構也由單通道發(fā)展到4通道，甚至6通道或8通道。這樣，905 nm 激光器的峰值功率隨之顯著增加，由單通道結構約75 W提高到多通道結構400 W甚至近千瓦。

常見的905 nm PLD的封裝結構是TO、蝶式、尾纖以及更好的散熱基座上直接安裝芯片等。德國歐司朗（Osram）公司是全球905 nm PLD主要的生產商，封裝結構涉及到塑料TO-can、金屬TO-can，以及陶瓷基座上直接封裝芯片，峰值功率75 W到400 W不等， 單個通道電流40 A，峰值光功率最高達125 W，能效高達33%。

而四通道的芯片具有四個發(fā)射區(qū)，光功率高達480W，使得激光的探測范圍要遠得多。

日本濱松光子公司也發(fā)布了4通道905 nm脈沖激光二極管，典型的基座上直接封裝芯片的結構，可以滿足車規(guī)級的使用要求。

此外，還有Excelitas Technologies、Laser Components、OSI LaserDiode Inc.、Wavespectrum Laser Group、瑞波光電等。

激光雷達廠商在使用多通道高峰值功率PLD時，需要解決納秒級大電流驅動電源及光學準直兩個技術難題，西安炬光科技推出了集成了8通道PLD，如圖3所示，高速驅動，光學整形的一體化雷達光源模塊，該模塊產品可實現(xiàn)900W峰值功率輸出，0.1x 25 °的準直光斑輸出。

這樣的高度集成光源模塊為激光雷達廠商解決了光源使用中的技術難題，降低了使用高功率PLD光源的技術門檻，是遠距離車載激光雷達產品的優(yōu)選光源。

垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）

VCSEL（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）是一種垂直表面出光的新型激光器，其制造工藝與邊發(fā)射半導體激光器相兼容，且大規(guī)模制造的成本很低。另一方面，VCSEL的生長結構更易于芯片級的二維VCSEL陣列，不僅可以提高輸出功率，還為設計各種復雜結構的點陣光源提供了可能。

VCSEL目前已廣泛應用在消費電子、工業(yè)控制、光通信等領域，是3D傳感的主要光源技術，隨著光功率的不斷提升，VCSEL在車載雷達、智能機器人等中長距領域也逐步開始得到應用。

近年來，車載激光雷達及3D感知發(fā)展非常迅速，引得國內外大量廠商在VCSEL領域布局，國外廠商包括Lumentum、Finisar、Osram、II-VI等，國內蘇州長光華芯建成投產了國內首條具有完整生產工藝的VCSEL芯片生產線，提供850～940 nm波段的VCSEL產品，適用于飛行時間（ToF）和結構光（Structured light）的方案。

編輯：jq