Выбор лазерного диода для лидара в компактных системах визуализации

Хотя лидар часто обсуждается в контексте автомобилей с автопилотом, существует множество применений систем лидар вне автомобильной промышленности. Новые БПЛА, требующие осведомленности об окружающей среде, могут включать в себя миниатюрную систему лидар вместе с другими датчиками, предоставляя изображения окружающей среды, содержащие значительное количество информации.

Многие точные измерения в научных исследованиях, измерения турбулентности в самолетах и другие рутинные атмосферные измерения также используют системы лидар. Например, лидар часто используется для сбора удаленных измерений атмосферных составляющих, таких как аэрозольные частицы, водяной пар, ледяные кристаллы или следы газов. Техники рассеяния лидара могут использоваться для измерения высоты оснований облаков или отслеживания струй загрязнений. Независимо от того, какой тип измерения вы намерены собрать, вам нужно будет выбрать подходящий лидарный лазерный диод для вашего приложения.

Цепочка сигналов лидара

Будь вы разработчиком системы лидарного изображения для автономных транспортных средств, передовых БПЛА или других продвинутых систем изображения, импульсный лазерный диод будет фундаментальной частью цепочки сигналов наряду с фотодиодами или PIN-массивами. Подобно цепочке сигналов радара, вам нужно будет тщательно спроектировать передающую и приемную стороны для сканирования окружающей среды и создания карты глубины. Эти системы сочетают в себе ряд стандартных и продвинутых компонентов для управления лидарным лазерным диодом и обнаружения слабых лазерных сигналов, отраженных от дальних целей.

Существует множество различных техник лидара для использования в разных приложениях. БПЛА и автономные транспортные средства, требующие изображения и измерения глубины в одном наборе данных, могут использовать сканирующую систему лидара для создания по точечных карт окружающей среды. В этом приложении лазерные импульсы сканируют окружающую среду, а отраженный свет собирается с помощью инфракрасного фотодетектора (в настоящее время используется 905 нм, но в будущем это может перейти на 1500 нм). Расстояние может быть рассчитано из измерения времени полета, которое легко выполняется с помощью ИС преобразователя времени в цифровой сигнал. При использовании вместе с радарной системой, оба набора датчиков могут одновременно использоваться для отслеживания целей (т.е. измерения расстояния и скорости) и создания изображений.

Эти приложения для создания изображений требуют импульсного лазерного диода для сбора измерений расстояния по точкам, что дает карту расстояний окружающей среды. Атмосферные измерения на основе дифференциального поглощения используют два или более импульсных лазерных диодов в зависимости от атмосферного составляющего или другой измеряемой величины (температуры или турбулентности).

Карта высот лазерного диода лидара с БПЛА

Критерии выбора импульсного лазерного диода лидара

Здесь мы хотим сосредоточиться на импульсном лазерном диоде на передающей стороне. Следует отметить, что лазерные диоды с непрерывной волной (CW) могут работать как импульсные диоды, хотя в технических описаниях этих диодов обычно не указывается длительность лазерного импульса, которую можно ожидать при управлении диодом CW с помощью импульсов напряжения/тока. Если вы хотели бы использовать CW лазерный диод как импульсный, вам следует измерить длительность импульса с помощью измерения автокорреляции, что сложно без чувствительного оптического оборудования.

При выборе импульсного лазерного диода для использования в любой системе лидарного изображения следует учитывать следующие моменты:

• Мощность на выходе. Это определит два аспекта вашей системы. Первый - это конкретные требования безопасности для вашего нового продукта, поскольку импульсные лазеры могут вызвать повреждение глаз при высокой мощности на выходе. Это также определит полезный диапазон для вашей системы. Более высокие мощности на выходе обеспечат более длинные измерения дальности.
• Длина волны. Различные приложения обычно используют разные длины волн. Как было упомянуто выше, некоторые приложения используют более одной длины волны, что необходимо учитывать при выборе лазерного диода.
• Рабочий цикл. Импульсные лазерные диоды обычно управляются импульсами высокого напряжения с низким рабочим циклом. Хотя мгновенное напряжение может быть довольно высоким, среднее энергопотребление довольно низкое благодаря низкому рабочему циклу. Производитель рекомендует определенный рабочий цикл, который следует использовать для достижения конкретной длительности импульса.
• Минимальная длительность импульса и максимальная частота повторения. В технических описаниях лазерных продуктов обычно указываются частоты повторения как максимальные, поскольку это связано с временем восстановления лазерной среды. Минимальная длительность импульса определит необходимый рабочий цикл, который вы должны использовать для управления лазерным диодом.

Osram Opto SPLPL90

Лазерный диод SPLPL90 от Osram Opto предназначен для использования в автомобильных системах, но также подходит для других наземных систем с меньшей дальностью. Этот 2-контактный лазерный диод обеспечивает импульсы длительностью 100 нс на длине волны 915 нм с пиковой мощностью на выходе 25 Вт. Поскольку этот лазерный диод работает на длине волны 915 нм, могут возникнуть проблемы безопасности, если система используется в городской местности на уровне земли.

Лазерный диод SPLPL90. Из технического описания SPLPL90.

Excelitas Technology DPGEW1S09H

DPGEW1S09H от Excelitas Technology - один из серии лазерных диодов, излучающих на длине волны 905 нм. Эта серия диодов (с номерами моделей от DPGEW1S09H до DPGEW3S09H) излучает импульсы длительностью 30 нс с пиковой мощностью на выходе до 45 Вт. Меньшее время импульса может обеспечить немного более высокое разрешение по сравнению с другими представленными здесь лидарными лазерными диодами. Смотрите страницу 38 технического описания для других вариантов от Excelitas Technology.

Hamamatsu L11854-336-05

Лазерный диод L11854-336-05 от Hamamatsu обеспечивает высокую мощность на выходе (100 Вт) для систем лидара дальнего действия, работающих на длине волны 905 нм. Эти диоды разработаны для работы с коэффициентом заполнения 0.1% и создания импульсов длительностью 100 нс, что требует специализированного лазерного драйвера для генерации импульсов. Большая дальность делает этот лазерный диод лидара более подходящим выбором для БПЛА или других приложений дистанционного зондирования.

Фотография импульсного лазерного диода L11854-336-05 от Hamamatsu. Из технического описания L11854-336-05.

Продвинутым системам лидара необходим правильный лазерный диод лидара для создания 3D карт окружающей среды, и Octopart^® здесь, чтобы предоставить вам доступ к огромному ассортименту лазерных диодов лидара. Попробуйте использовать наше руководство по выбору компонентов, чтобы определить лучший вариант для вашего следующего продукта.

Не пропустите обновления! Подпишитесь на нашу рассылку сегодня..