【導(dǎo)讀】LiDAR（激光探測與測距，激光雷達）已經(jīng)成為測距應(yīng)用中的一種關(guān)鍵技術(shù)，隨著技術(shù)越來越成熟與產(chǎn)品價格更趨合理，使其應(yīng)用越來越廣泛。本文將為您介紹LiDAR技術(shù)的發(fā)展，以及來自ROHM的激光二極管解決方案。
能夠準(zhǔn)確感測物體之間距離的LiDAR技術(shù)
LiDAR是由ToF（飛行時間）系統(tǒng)（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(yīng)用，通常是通過一束脈沖雷射來測量目標(biāo)的距離等參數(shù)。激光雷達在測繪學(xué)、考古學(xué)、地理學(xué)、地貌、地震學(xué)、林業(yè)、遙感以及大氣物理等領(lǐng)域都有應(yīng)用。此外，這項技術(shù)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(yīng)用中。
激光雷達最基本的工作原理與無線電雷達并沒有區(qū)別，即由雷達發(fā)射系統(tǒng)發(fā)送一個信號，經(jīng)目標(biāo)反射后被接收系統(tǒng)收集，通過測量反射光的運行時間而確定目標(biāo)的距離。因為光速是已知的，所以根據(jù)發(fā)射光的發(fā)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(guān)鍵器件之一，它是一種激光生成器，其工作物質(zhì)是半導(dǎo)體，屬于固體激光生成器，大部份激光二極管在結(jié)構(gòu)上與一般二極管相似。此種電子器件早在1962年出現(xiàn)，早期只能夠發(fā)出低亮度的紅光，及后發(fā)展出其他單色光的版本，時至今日，能夠發(fā)出的光已經(jīng)遍及可見光、紅外線及紫外線，亮度亦提高到相當(dāng)高的程度，激光二極管具有效率高、體積小、壽命長的優(yōu)點。
更遠、更準(zhǔn)確及更低功耗的激光二極管
近年來，在掃地機器人、AGV（工業(yè)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(yīng)用中，可以準(zhǔn)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(zhǔn)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(dǎo)體制造商ROHM一直致力于開發(fā)、供應(yīng)包括LED在內(nèi)的FP激光二極管和VCSEL（垂直腔面發(fā)射激光器）產(chǎn)品，最近此類產(chǎn)品在掃地機器人和監(jiān)控攝像頭等領(lǐng)域的ToF傳感器光源等應(yīng)用中日益普及。
同時，ROHM利用在推出各種產(chǎn)品過程中積累的光學(xué)元器件的開發(fā)經(jīng)驗和技術(shù)，持續(xù)推進在更大程度地發(fā)揮出元器件的性能，并進一步提高輸出功率的研發(fā)。ROHM還通過元器件的開發(fā)及其在模塊中的應(yīng)用，開發(fā)出眾多各具優(yōu)勢的傳感器光源產(chǎn)品，為提高距離測量和空間識別系統(tǒng)的精度做出了貢獻。
75W高輸出功率的激光二極管
日前，ROHM開發(fā)出一款高輸出功率半導(dǎo)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(yè)設(shè)備領(lǐng)域的AGV和服務(wù)機器人、消費電子設(shè)備領(lǐng)域的掃地機器人等應(yīng)用。
ROHM已經(jīng)擁有實現(xiàn)了更窄的激光線寬的自有專利技術(shù)，有助于LiDAR支持更遠的距離并實現(xiàn)更高的精度。25W高輸出功率激光二極管RLD90QZW5從2019年開始量產(chǎn)，在以消費電子設(shè)備領(lǐng)域為主的應(yīng)用中越來越多地被采用。此次，為了將應(yīng)用擴展到市場日益增長的工業(yè)設(shè)備領(lǐng)域，ROHM開發(fā)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(tǒng)進行測距和空間識別的LiDAR而開發(fā)。利用ROHM自有的元器件開發(fā)技術(shù)，在業(yè)界同等輸出功率激光二極管中實現(xiàn)了225μm的超窄線寬，與線寬290μm、溫度相關(guān)性0.25nm/℃的普通產(chǎn)品相比，線寬縮窄22%，實現(xiàn)了高光束性能。
同時，通過使發(fā)光強度更均勻，并利用激光波長較低的溫度相關(guān)性，激光波長的溫度相關(guān)性低至0.15nm/℃，與普通產(chǎn)品相比可降低40%，不易受溫度變化的影響，因此可穩(wěn)定發(fā)揮高性能，因此有助于LiDAR在各種環(huán)境下實現(xiàn)長距離應(yīng)用，而在測量距離相等的情況下，也有助于實現(xiàn)和更高精度。此外，與窄線寬存在此消彼長關(guān)系的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE），也達到了與普通產(chǎn)品同等的21%（正向電流24A、75W輸出時），因此在采用RLD90QZW3時無需擔(dān)心會增加功耗。如欲了解更多信息，請訪問RLD90QZW3產(chǎn)品頁面：https://www.rohm.com.cn/products/laser-diodes/high-power-lasers/rld90qzw3-product。
目前，ROHM正在開發(fā)具有120W高輸出功率和車載級（符合AEC-Q102標(biāo)準(zhǔn)）激光二極管產(chǎn)品。未來，ROHM將繼續(xù)為包括汽車領(lǐng)域在內(nèi)的安全、便捷的LiDAR應(yīng)用產(chǎn)品的開發(fā)貢獻力量。
多樣化支持工具加快產(chǎn)品開發(fā)速度
為了協(xié)助客戶的新產(chǎn)品開發(fā)，支持產(chǎn)品快速引入市場，ROHM在官網(wǎng)上免費提供評估和導(dǎo)入新產(chǎn)品所需的豐富設(shè)計數(shù)據(jù)，其中包括含有驅(qū)動電路設(shè)計方法的應(yīng)用指南、電路板開發(fā)用的數(shù)據(jù)和仿真用的模型（SPICE模型、Ray數(shù)據(jù)）等。
此外，ROHM也推出單通道LiDAR（REFLD001）參考設(shè)計，這是一款單通道LiDAR演示板，可讓您使用LiDAR ToF范圍技術(shù)檢查高速光學(xué)前端的運行情況，測量距離可達50m。
REFLD001參考設(shè)計基于LiDAR ToF技術(shù)，使用方便，便于客戶進一步開發(fā)。此外，通過高速開關(guān)可實現(xiàn)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(tǒng)都是采用單一電源供應(yīng)。LiDAR ToF架構(gòu)可應(yīng)用于汽車以及消費和工業(yè)機械領(lǐng)域，可廣泛應(yīng)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(tǒng)、機器人吸塵器、AGV等產(chǎn)品。
結(jié)語
隨著高功率激光二極管的推出，使得LiDAR應(yīng)用的效能表現(xiàn)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(shù)支持，將是LiDAR應(yīng)用的更佳器件選擇。
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