LIDAR के लिए लेजर मॉड्यूल क्या उपयोग किए जाते हैं?

लाइट डिटेक्शन एंड रेंजिंग (LIDAR) मशीन की धारणा के लिए एक आधारशिला तकनीक के रूप में उभरा है, जिससे स्वायत्त वाहनों को जटिल वातावरण, रोबोट को नेविगेट करने में सक्षम बनाया गया है, अपने परिवेश के साथ मैप करने और उनके परिवेश के साथ बातचीत करने के लिए, और बुनियादी ढांचे के प्रबंधन का अनुकूलन करने के लिए स्मार्ट शहरों को। इन प्रणालियों की "आंखों" के रूप में कार्य करते हुए, LiDAR उच्च - रिज़ॉल्यूशन, तीन - आयामी बिंदु क्लाउड मैप्स बनाता है, जो वस्तुओं से लौटने के लिए उत्सर्जित प्रकाश दालों के लिए समय को मापता है।

हर लिडार के ट्रांसमीटर के दिल में इसका मुख्य इंजन है:लेजर डायोड मॉड्यूल। यह महत्वपूर्ण घटक केवल एक प्रकाश स्रोत नहीं है; इसके प्रदर्शन पैरामीटर सीधे सिस्टम की अधिकतम सीमा, सटीकता, संकल्प और अंततः, इसकी लागत और बड़े पैमाने पर अपनाने के लिए व्यवहार्यता को निर्धारित करते हैं। यह लेख आधुनिक LIDAR सिस्टम में नियोजित प्राथमिक लेजर मॉड्यूल प्रौद्योगिकियों का एक व्यापक विश्लेषण प्रदान करता है, उनकी विशेषताओं की तुलना करता है और आवेदन - विशिष्ट आवश्यकताओं के आधार पर चयन के लिए एक रूपरेखा प्रदान करता है।

LIDAR ऑपरेटिंग सिद्धांत और लेजर मॉड्यूल के लिए प्रमुख आवश्यकताएं

अधिकांश वाणिज्यिक लिडार सिस्टम पर काम करते हैंसमय - -} उड़ान (TOF)सिद्धांत, जहां एक छोटा लेजर पल्स उत्सर्जित होता है, और इसके दौर - यात्रा का समय दूरी की गणना करने के लिए मापा जाता है। एक विकल्प, अधिक जटिल विधि हैआवृत्ति - संशोधित निरंतर लहर (FMCW), जो डॉपलर प्रभाव के माध्यम से एक साथ दूरी और वेग दोनों को मापने के लिए एक सुसंगत, आवृत्ति - संशोधित लेजर बीम का उपयोग करता है।

लेजर मॉड्यूल का प्रदर्शन सर्वोपरि है। प्रमुख आवश्यकताओं में शामिल हैं:

तरंग दैर्ध्य:प्राथमिक तरंग दैर्ध्य हैं905 एन.एम.और1550 एन.एम.. 905 एनएम लेजर सस्ते और लीवरेज सिलिकॉन डिटेक्टर हैं, लेकिन कम अनुमेय आंख हैं - सुरक्षित बिजली की सीमाएं . 1550 एनएम प्रकाश को रेटिना तक पहुंचने से पहले आंख के विट्रीस तरल पदार्थ द्वारा अवशोषित किया जाता है, और इस तरह अधिक समय तक इंट्रॉम की अनुमति देता है।

चरम शक्ति:एक पल्स की अधिकतम ऑप्टिकल शक्ति। उच्च शिखर शक्ति एक पर्याप्त सिग्नल - से - रिटर्न सिग्नल के लिए शोर अनुपात सुनिश्चित करके लंबे समय तक पता लगाने में सक्षम बनाता है।

पल्स चौड़ाई:प्रत्येक लेजर पल्स की अवधि। एक संकीर्ण पल्स उच्च दूरी के संकल्प को सक्षम करता है, जिससे सिस्टम को दो निकटता वाली वस्तुओं के बीच अंतर करने की अनुमति मिलती है।

पल्स रीपेटिशन फ्रीक्वेंसी (PRF):वह दर जिस पर दालों को उत्सर्जित किया जाता है (जैसे, 100 kHz से कई मेगाहर्ट्ज से)। एक उच्च पीआरएफ एक सघन बिंदु क्लाउड और उच्च फ्रेम दर उत्पन्न करता है, लेकिन एक तेज रिसीवर की आवश्यकता होती है।

बीम विचलन:लेजर बीम कितनी दूरी पर फैलता है, इसका माप। उच्च कोणीय संकल्प को प्राप्त करने और लंबी दूरी पर ठीक विवरणों को समझने में सक्षम होने के लिए एक कम विचलन महत्वपूर्ण है।

दक्षता और थर्मल प्रबंधन:लेजर दक्षता समग्र प्रणाली बिजली की खपत और गर्मी उत्पादन को प्रभावित करती है। प्रभावी थर्मल प्रबंधन विश्वसनीयता और प्रदर्शन बहाव को रोकने के लिए महत्वपूर्ण है।

लागत:स्केलेबिलिटी और व्यावसायीकरण के लिए एक निर्णायक कारक, विशेष रूप से मोटर वाहन अनुप्रयोगों में।

- में मुख्यधारा लेजर मॉड्यूल प्रौद्योगिकियों का गहराई विश्लेषण

1। एज - एमिटिंग लेजर (ईल)

प्रौद्योगिकी सिद्धांत:एक पारंपरिक अर्धचालक लेजर जहां प्रकाश को चिप के किनारे से उत्सर्जित किया जाता है। वे आम तौर पर व्यक्तिगत रूप से पैक किए जाते हैं और कोलिमेशन ऑप्टिक्स के जटिल, सक्रिय संरेखण की आवश्यकता होती है।

विशेषताएँ:

लाभ:उच्च शिखर बिजली उत्पादन, परिपक्व और सिद्ध विनिर्माण प्रक्रिया, प्रति यूनिट अपेक्षाकृत कम लागत।

नुकसान:अंतर्निहित दृष्टिवैषम्य (अण्डाकार बीम आकार) के साथ अवर बीम गुणवत्ता, बड़े और अधिक जटिल पैकेजिंग, बड़े दो - आयामी सरणियों में एकीकृत करना मुश्किल है।

आवेदन पत्र:पहले LiDAR सिस्टम का वर्कहॉर्स, मुख्य रूप से यांत्रिक घूर्णन और हाइब्रिड ठोस - राज्य आर्किटेक्चर में उपयोग किया जाता है।

2। ऊर्ध्वाधर - गुहा की सतह - एमिटिंग लेजर (vcsel)

प्रौद्योगिकी सिद्धांत:प्रकाश को अर्धचालक चिप की शीर्ष सतह से लंबवत रूप से उत्सर्जित किया जाता है। यह वेफर स्तर और एक - आयामी और दो - आयामी सरणियों के प्राकृतिक गठन पर परीक्षण करने की अनुमति देता है।

विशेषताएँ:

लाभ:सुपीरियर बीम की गुणवत्ता (सममित, परिपत्र प्रोफ़ाइल), कम दहलीज वर्तमान, कम बिजली की खपत, अत्यधिक उच्च विश्वसनीयता और सतह उत्सर्जन के कारण सरल पैकेजिंग। का आगमनमल्टी - जंक्शन (एमजे)प्रौद्योगिकी, जहां कई सक्रिय परतें ढकी हुई हैं, ने नाटकीय रूप से प्रतिद्वंद्वी ईल्स के लिए अपने बिजली घनत्व में वृद्धि की है।

नुकसान:ईल की तुलना में ऐतिहासिक रूप से कम बिजली घनत्व, हालांकि यह अंतर MJ - vcsels द्वारा बंद कर दिया गया है।

आवेदन पत्र:प्रारंभ में उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स (जैसे, स्मार्टफोन फेस आईडी) में उपयोग किया जाता है। Mj - vcsel arrays अब ठोस - राज्य lidar प्रकारों के लिए प्रमुख विकल्प हैं, विशेष रूप सेप्रत्यक्ष समय - -} उड़ान (dtof)औरलिडार, जहां एक बड़ी, समान रोशनी क्षेत्र की आवश्यकता होती है।

3। फाइबर लेजर

प्रौद्योगिकी सिद्धांत:एक दुर्लभ - पृथ्वी - को लाभ के माध्यम के रूप में ऑप्टिकल फाइबर का उपयोग करता है। वे जटिल प्रणालियां हैं जिनमें अक्सर बीज लेजर और एम्पलीफायरों को शामिल किया जाता है।

विशेषताएँ:

लाभ:असाधारण बीम गुणवत्ता (विवर्तन - सीमित), बहुत उच्च शिखर और औसत शक्तियां, और 1550 एनएम तरंग दैर्ध्य के लिए प्राथमिक स्रोत हैं, इसकी आंख का लाभ उठाते हैं - लंबे समय तक - रेंज का पता लगाने के लिए सुरक्षा लाभ।

नुकसान:अर्धचालक डायोड की तुलना में बहुत उच्च लागत, बड़े आकार और फॉर्म फैक्टर, जटिल विधानसभा और उच्च बिजली की खपत।

आवेदन पत्र:मुख्य रूप से प्रदर्शन - महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है जहां अधिकतम सीमा और परिशुद्धता सर्वोपरि होती है, जैसे कि सैन्य लिडार, स्थलाकृतिक सर्वेक्षण, और उच्च - अंत FMCW Lidar सिस्टम जो कि सुसंगत, संकीर्ण - लाइनविड्थ स्रोतों की आवश्यकता होती है।

प्रौद्योगिकी तुलना और भविष्य के रुझान

तुलनात्मक सारांश तालिका:

भविष्य के रुझान:

Vcsels की चढ़ाई:मल्टी - जंक्शन VCSEL तकनीक अगले - पीढ़ी के लिए पसंदीदा समाधान के रूप में अपनी स्थिति को मजबूत कर रही है, स्केलेबल सॉलिड - राज्य LiDAR प्रदर्शन, एकीकृतता और भविष्य की लागत के सही मिश्रण के कारण {{3} नीचे क्षमता के कारण।

तरंग दैर्ध्य प्रवासन:1550 एनएम सेमीकंडक्टर लेजर (जैसे, इंग, - आधारित) में अनुसंधान और विकास में वृद्धि इस बेहतर तरंग दैर्ध्य की लागत को कम करना है, जो लंबे समय तक - रेंज, उच्च - प्रदर्शन lidar अधिक सुलभ है।

चिप - स्तर एकीकरण और सिलिकॉन फोटोनिक्स:भविष्य लेजर स्रोत, ड्राइवर इलेक्ट्रॉनिक्स और ऑप्टिकल घटकों (जैसे बीम स्टीयरर्स) को एक ही चिप या पैकेज पर एकीकृत करने में निहित है। सिलिकॉन फोटोनिक्स (SIPH) अल्ट्रा - छोटे, कम - लागत, और अत्यधिक विश्वसनीय lidar - को - a - चिप सॉल्यूशंस को सक्षम करने का वादा करता है।

FMCW LIDAR की उन्नति:FMCW प्रौद्योगिकी परिपक्व होने के कारण, अत्यधिक सुसंगत, संकीर्ण - Linewidth लेजर स्रोतों (जैसे, ट्यून करने योग्य लेज़र्स) की मांग बढ़ेगी, जो कि वेग का पता लगाने और धूप हस्तक्षेप के लिए प्रतिरक्षा में अपने अंतर्निहित लाभ से प्रेरित है।

अपने LiDAR सिस्टम के लिए एक लेजर मॉड्यूल का चयन करना

सही तकनीक चुनना एक सिस्टम है - आवेदन के आधार पर स्तर का निर्णय:

आवेदन द्वारा आवश्यकताओं को परिभाषित करें:

मोटर वाहन (श्रृंखला उत्पादन):प्राथमिकतालागत, विश्वसनीयता, कॉम्पैक्ट आकार और कम बिजली की खपतकड़े मोटर वाहन योग्यता को पूरा करने के लिए (AEC - Q102)।VCSEL ARRAYSप्रमुख दावेदार हैं।

रोबोटिक्स/एजीवीएस:आवश्यक हैमध्यम - रेंज प्रदर्शन, उच्च विश्वसनीयता, और कम - से - मध्यम लागत। दोनों905NM ईल्सऔरVcselsउपयुक्त विकल्प हैं।

उन्नत ड्राइवर - सहायता प्रणाली (ADAS):शेषप्रदर्शन और लागत। वर्तमान में हावी है905 एन.एम.सूत्र, के साथ1550 एन.एम.प्रीमियम वाहन सुविधाओं के लिए पता लगाया जा रहा है।

सर्वेक्षण और औद्योगिक:मांगोंअधिकतम प्रदर्शन, चरम सीमा और उच्च परिशुद्धता. 1550 एनएम फाइबर लेजरउनकी लागत के बावजूद यहां मानक हैं।

मुख्य चयन विचार:

प्रदर्शन व्यापार - offs:व्यापार को अनुकूलित करें - के बीचअधिकतम सीमा, प्वाइंट क्लाउड रिज़ॉल्यूशन, फ्रेम रेट, औरदेखने के क्षेत्र.

थर्मल और पावर बजट:सुनिश्चित करें कि सिस्टम का डिज़ाइन मॉड्यूल की बिजली की खपत को संभाल सकता है और उत्पन्न गर्मी को भंग कर सकता है।

विनियामक अनुपालन:डिजाइन को आंखें - सुरक्षा मानकों (IEC 60825-1) का पालन करना चाहिए।

आपूर्ति श्रृंखला:लेजर आपूर्तिकर्ता की परिपक्वता, स्केलेबिलिटी और दीर्घायु का मूल्यांकन करें।

निष्कर्ष

लेजर डायोड मॉड्यूल एक लिडार सिस्टम की क्षमताओं का मौलिक निर्धारक है। परिदृश्य एक एकल प्रमुख प्रौद्योगिकी (ईईएल) से एक विविध पारिस्थितिकी तंत्र में विकसित हुआ हैईल, vcsels, और फाइबर लेजरप्रत्येक अलग प्रदर्शन और बाजार खंडों की सेवा करता है। स्पष्ट उद्योग प्रक्षेपवक्र उच्च एकीकरण, कम लागत और बेहतर प्रदर्शन की ओर बढ़ रहा है, मुख्य रूप से नवाचारों द्वारा संचालित किया गया हैवीसीएसल सरणीऔरसिलिकॉन फोटोनिक्सप्रौद्योगिकियां। जैसा कि ये लेजर इंजन आगे बढ़ना जारी रखते हैं, वे लिडार की पूरी क्षमता को अनलॉक करेंगे, जो मोटर वाहन, औद्योगिक और उपभोक्ता अनुप्रयोगों में अपने सर्वव्यापी गोद लेने के लिए मार्ग प्रशस्त करेंगे, और वास्तव में स्वायत्त धारणा की अगली लहर को सक्षम करेंगे।

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