Inphenix 半导体光放大器 (SOA) 和窄线宽 DFB 激光器：推动自动驾驶汽车 LiDAR 技术发展 (84%)

介绍

这项技术探索重点介绍了推动LiDAR 技术进步的关键光学元件——半导体光放大器 (SOA) 、超辐射发光二极管 (SLD)和窄线宽激光器。LiDAR（光检测和测距）已成为自动驾驶汽车、航空测绘、机器人和地理空间分析等行业的关键工具。LiDAR 系统的工作原理是发射激光脉冲，并计算光从物体反射回传感器所需的时间，从而创建实时、高精度的环境 3D 地图。

光子技术的最新进展，包括SOA 、SLD和窄线宽激光器的集成，显著提升了LiDAR系统的性能，满足了人们对更高精度、更远距离以及在严苛环境下保持稳健性日益增长的需求。本文深入探讨了这些元件如何改善信号放大、相干性控制和精度，从而为各行各业提供更卓越的LiDAR性能。

LiDAR技术概述

LiDAR 技术的工作原理是发射激光脉冲并测量返回光的时间延迟（飞行时间原理）。这可以精确计算物体距离并创建3D 点云，从而提供周围环境的详细视图。LiDAR 系统通常工作在905 nm和1550 nm波长下，其中 1550 nm 系统因其较低的大气衰减和更好的人眼安全性而更适合远距离应用。

除了飞行时间 (ToF) 激光雷达之外，调频连续波 (FMCW) 激光雷达也越来越受欢迎。FMCW 激光雷达通过分析反射信号中的频率变化，可以同时测量距离和速度，从而增强物体检测和跟踪能力。

LiDAR中的半导体光放大器（SOA）

SOA技术概述

半导体光放大器 (SOA)是一种紧凑型器件，用于放大微弱的光信号，而无需将其转换为电信号。SOA因其响应时间快、功耗低以及能够在较宽的波长范围内放大信号的能力，广泛应用于光纤通信和光网络。

SOA 在 LiDAR 系统中的作用

在LiDAR 应用中，SOA 可增强弱返回信号，尤其是长距离或低反射率表面的返回信号，从而增强系统的整体范围和灵敏度。

• 扩大范围：SOA 扩大了检测范围，这对于自动驾驶汽车来说至关重要，因为早期障碍物检测是避免碰撞和安全导航的关键。
• 增强灵敏度：通过放大弱信号，SOA 可在扫描沥青路面、潮湿表面或植被等低反射率材料时提高性能，确保即使在恶劣条件下也能获得高分辨率数据。
• 与其他技术的集成：SOA 可以轻松地与光纤激光器或SLD等其他光学元件相结合，从而创建可在苛刻环境中提供增强性能的混合系统。

SOA在LiDAR中的应用

• 自动驾驶汽车：SOA 增强型 LiDAR 系统可确保在弱光或恶劣天气等恶劣条件下进行可靠的远程探测。
• 远程 3D 测绘：配备支持 SOA 的 LiDAR 系统的无人机可生成大面积的详细3D 地图，这对于城市规划和环境监测至关重要。
• 太空探索：在卫星和太空任务中，SOA 增强型 LiDAR 用于行星测绘和障碍物检测等任务，由于距离遥远和信号强度波动，放大至关重要。

LiDAR 中的超辐射二极管 (SLD)

SLD技术概述

超辐射发光二极管 (SLD)兼具激光器和LED的特性，能够发射高亮度、宽光谱和低空间相干性的光。这使得 SLD 成为成像和传感应用的理想选择，因为相干光源可能会产生散斑噪声等伪影。

SLD 在 LiDAR 系统中的作用

SLD通过最大限度地减少与相干性相关的问题并提高图像质量，为LiDAR 系统提供了显著的优势。

• 散斑抑制：在高分辨率激光雷达系统中，相干激光器产生的散斑噪声会降低3D点云精度。SLD激光器相干性较低，因此可以生成更平滑的图像，从而增强距离测量。
• 宽波长发射：SLD 发射范围很广，允许多光谱 LiDAR 系统捕获不同波长的数据，从而提高对各种材料的检测能力或穿透雾或植被等障碍物的能力。
• 短脉冲产生：SLD 产生短脉冲的能力使其成为需要高速数据采集和动态扫描的精密 LiDAR 应用的理想选择。

SLD在LiDAR中的应用

• 精准农业：基于 SLD 的 LiDAR 系统可创建高分辨率地形图，帮助优化灌溉、种植和施肥策略。
• 环境监测：LiDAR 系统中的 SLD 可提高茂密森林或复杂地形中3D 模型的清晰度，有助于保护和土地管理工作。

激光雷达中的窄线宽激光器

窄线宽激光技术概述

窄线宽激光器具有极窄的光谱带宽和最小的相位噪声，使其成为需要精确频率控制和信号调制的应用所必需的高度相干光源。

窄线宽激光器在激光雷达系统中的作用

窄线宽激光器在激光雷达系统中具有多种优势，特别是在提高精度和降低噪音方面。

• 高精度测距：这些激光器能够实现高度精确的飞行时间测量，这对于要求亚毫米精度的应用（例如工业自动化和机器人）至关重要。
• 提高信噪比 (SNR) ：窄线宽激光器的相干性确保了卓越的SNR ，使其成为远距离应用或高环境噪声环境的理想选择。
• FMCW LiDAR ：窄线宽激光器是FMCW LiDAR系统不可或缺的一部分，通过分析精确的频率变化来测量距离和速度。

窄线宽激光器在激光雷达中的应用

• 自动驾驶：窄线宽激光器越来越多地用于自动驾驶汽车的FMCW激光雷达，提供高精度速度和距离检测。
• 地理空间测绘：在机载激光雷达系统中，这些激光器能够创建高精度高程地图，这对于地形测量和基础设施规划至关重要。

LiDAR中SOA、SLD和窄线宽激光器的比较

• SOA非常适合在长距离或低反射率场景中扩大范围并提高灵敏度。
• 在高分辨率 LiDAR应用中， SLD擅长降低斑点噪声并提高图像质量。
• 窄线宽激光器在测距和速度测量方面具有无与伦比的精度，使其非常适合自主导航和航空航天系统等高精度应用。

结论

在SOA 、SLD和窄线宽激光器等光学元件创新的推动下，LiDAR技术正在快速发展。每种技术都致力于解决特定的挑战，从而提升LiDAR在各个行业的性能。通过提升探测范围、灵敏度和精度，这些光学元件在自动驾驶、地理空间测绘、环境监测等领域的变革中发挥着关键作用，使LiDAR成为现代传感系统的基石。