Auswahl von Lidar-Laserdioden für kompakte Bildgebungssysteme

Obwohl Lidar oft im Kontext von selbstfahrenden Autos diskutiert wird, gibt es viele Anwendungen für Lidar-Systeme außerhalb der Automobilindustrie. Neue UAVs, die ein Umweltbewusstsein benötigen, können neben ihren anderen Sensoren ein Miniatur-Lidar-System enthalten, das Bilder der umgebenden Umgebung liefert, die eine erhebliche Menge an Informationen enthalten.

Viele Präzisionsmessungen in wissenschaftlichen Studien, Turbulenzmessungen in Flugzeugen und andere routinemäßige atmosphärische Messungen verwenden ebenfalls Lidar-Systeme. Als Beispiel wird Lidar häufig verwendet, um Fernmessungen von atmosphärischen Bestandteilen, wie Aerosolpartikeln, Wasserdampf, Eiskristallen oder Spurengasen, zu sammeln. Streuende Lidar-Techniken können verwendet werden, um die Höhe von Wolkenbasen zu messen oder Rauchfahnen von Verschmutzungen zu verfolgen. Unabhängig davon, welche Art von Messung Sie vornehmen möchten, müssen Sie die richtige Lidar-Laserdiode für Ihre Anwendung auswählen.

Die Lidar-Signalkette

Ob Sie ein Lidar-Bildgebungssystem für autonome Fahrzeuge, fortschrittliche UAVs oder andere fortschrittliche Bildgebungssysteme entwerfen, eine gepulste Laserdiode wird ein grundlegender Teil der Signalkette neben Photodioden oder PIN-Arrays sein. Ähnlich wie bei einer Radar-Signalkette müssen Sie die Senden- und Empfangsseiten sorgfältig entwerfen, um die umgebende Umgebung zu scannen und eine Tiefenkarte zu erstellen. Diese Systeme kombinieren eine Reihe von Standard- und fortschrittlichen Komponenten, um eine Lidar-Laserdiode zu betreiben und niedrige Lasersignale zu detektieren, die von entfernten Zielen reflektiert werden.

Es gibt eine Reihe verschiedener Lidar-Techniken für den Einsatz in unterschiedlichen Anwendungen. UAVs und autonome Fahrzeuge, die Bildgebung und Tiefenmessungen in einem einzigen Datensatz benötigen, können ein scannendes Lidar-System verwenden, um Punkt-für-Punkt-Karten der umgebenden Umgebung zu generieren. In dieser Anwendung werden Laserpulse über die umgebende Umgebung gescannt und das reflektierte Licht wird mit einem Infrarot-Photodetektor gesammelt (derzeit wird 905 nm verwendet, dies könnte jedoch später auf 1500 nm umgestellt werden). Die Entfernung kann aus einer Zeitflugmessung berechnet werden, die leicht mit Zeit-zu-Digital-Wandler-ICs durchgeführt werden kann. Wenn es zusammen mit einem Radar-System verwendet wird, können die beiden Sensorensätze gleichzeitig für die Zielverfolgung (d. h. Entfernungs- und Geschwindigkeitsmessungen) und Bildgebung verwendet werden.

Diese Bildgebungsanwendungen erfordern eine gepulste Laserdiode, um Punkt-für-Punkt-Entfernungsmessungen zu sammeln und eine Entfernungskarte der umgebenden Umgebung zu erstellen. Atmosphärische Messungen basierend auf differentieller Absorption verwenden zwei oder mehr gepulste Laserdioden, abhängig vom atmosphärischen Bestandteil oder einer anderen Größe (Temperatur oder Turbulenz), die gemessen wird.

Lidar-Laserdioden-Höhenkarte von einem UAV

Auswahlkriterien für gepulste Lidar-Laserdioden

Hier möchten wir uns auf die gepulste Laserdiode auf der Sendeseite konzentrieren. Beachten Sie, dass kontinuierlich strahlende (CW) Laserdioden als gepulste Dioden betrieben werden können, obwohl Datenblätter für diese Dioden normalerweise nicht die Laserpulslänge angeben, die Sie erwarten können, wenn Sie eine CW-Diode mit Spannungs-/Stromimpulsen ansteuern. Wenn Sie eine CW-Laserdiode als gepulste Diode betreiben möchten, sollten Sie die Pulslänge mit einer Autokorrelationsmessung messen, was ohne empfindliche optische Ausrüstung schwierig ist.

Die folgenden Punkte sollten berücksichtigt werden, wenn eine gepulste Laserdiode für den Einsatz in einem Lidar-Bildgebungssystem ausgewählt wird:

• Leistungsabgabe. Dies wird zwei Aspekte Ihres Systems bestimmen. Das erste sind die speziellen Sicherheitsanforderungen für Ihr neues Produkt, da gepulste Laser bei hoher Leistungsabgabe Augenschäden verursachen können. Dies wird auch die nützliche Reichweite Ihres Systems bestimmen. Höhere Leistungsabgaben ermöglichen Messungen über längere Entfernungen.
• Wellenlänge. Verschiedene Anwendungen verwenden tendenziell unterschiedliche Wellenlängen. Wie oben erwähnt, verwenden einige Anwendungen mehr als eine Wellenlänge, was bei der Auswahl einer Laserdiode berücksichtigt werden muss.
• Tastverhältnis. Gepulste Laserdioden werden normalerweise mit Hochspannung, Impulsen mit niedrigem Tastverhältnis betrieben. Obwohl die momentane Spannung ziemlich hoch sein kann, ist der durchschnittliche Stromverbrauch dank des niedrigen Tastverhältnisses eher gering. Der Hersteller wird ein bestimmtes Tastverhältnis empfehlen, das verwendet werden sollte, um eine spezifische Pulslänge zu erreichen.
• Minimale Pulslänge und maximale Wiederholrate. Datenblätter für Laserprodukte geben normalerweise Wiederholraten als Maximum an, da dies mit der Erholungszeit des Lasermediums zusammenhängt. Die minimale Pulslänge bestimmt das erforderliche Tastverhältnis, das Sie verwenden müssen, um die Laserdiode anzusteuern.

Osram Opto SPLPL90

Die Lidar-Laserdiode SPLPL90 von Osram Opto ist für den Einsatz in Automobilsystemen konzipiert, eignet sich aber auch für andere bodengebundene Systeme mit kürzerer Reichweite. Diese 2-Pin-Laserdiode liefert 100 ns Pulse bei 915 nm mit einer Spitzenleistungsabgabe von 25 W. Da diese Laserdiode bei 915 nm arbeitet, können Sicherheitsbedenken bestehen, wenn das System in einem städtischen Bereich auf Bodenebene verwendet wird.

Die SPLPL90 Lidar-Laserdiode. Aus dem Datenblatt SPLPL90.

Excelitas Technology DPGEW1S09H

Der DPGEW1S09H ist einer einer Serie von Laserdioden, die bei 905 nm emittieren. Diese Serie von Dioden (Teilenummern DPGEW1S09H bis DPGEW3S09H) emittiert 30 ns Pulse mit einer Spitzenleistungsabgabe von 45 W. Die kürzere Pulszeit kann im Vergleich zu den anderen hier vorgestellten Lidar-Laserdioden eine etwas höhere Auflösung bieten. Siehe Seite 38 des Datenblatts für weitere Optionen von Excelitas Technology.

Hamamatsu L11854-336-05

Die L11854-336-05 Laserdiode von Hamamatsu bietet eine hohe Leistungsabgabe (100 W) für Lidar-Systeme mit großer Reichweite, die bei 905 nm arbeiten. Diese Dioden sind dafür ausgelegt, bei einem Tastverhältnis von 0,1 % zu arbeiten und 100 ns Pulse zu erzeugen, was einen spezialisierten Laser-Treiber zur Pulserzeugung erfordert. Die größere Reichweite macht diese Lidar-Laserdiode zu einer besseren Wahl für UAVs oder andere Fernerkundungsanwendungen.

Fotografie der gepulsten Laserdiode L11854-336-05 von Hamamatsu. Aus dem L11854-336-05 Datenblatt.

Fortgeschrittene Lidar-Systeme benötigen die richtige Lidar-Laserdiode, um 3D-Karten ihrer Umgebung zu erstellen, und Octopart^® ist hier, um Ihnen Zugang zu einer riesigen Auswahl an Lidar-Laserdioden zu geben. Versuchen Sie, unseren Part Selector Guide zu verwenden, um die beste Option für Ihr nächstes Produkt zu bestimmen.

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