激光雷达（LiDAR）——参数才是决定激光光源选择的因素

据ABI Research最近的一项调查显示，到2026年1月，汽车上的LiDAR设备数量将达到6900万部。正如Keopsys集团（拉尼翁，法国）的Frederic Chiquet、研发经理Guillaume Canat和首席执行官Marc le Flohic所解释的那样，现存两类主要的自动驾驶汽车LiDAR系统：3D Flash LiDAR和扫描式LiDAR。Flash LiDAR使用的是广角发射源和广角光学系统（例如鱼眼镜头），将在单个发射过程中获得的反散射光集中于矩阵探测器上，以获得用于模拟车辆周围区域的所有飞行时间（ToF）数据。相反地，扫描式LiDAR可以逐行地处理3D环境；光在每个方向上依次发射，对应的回声由探测器逐个检测。符合用眼安全的激光源必须以脉冲模式工作，光束需强大到能够探测到100米外穿深色衣服的行人，工作温度为-40到85°C，并且可发射出测距精度达10厘米的脉冲。许多LiDAR光源是基于激光二极管，也有非制冷光纤激光器，较激光二极管有诸多的优势，如拥有高功率光束分裂和使用光纤路由到多个传感器位置的能力。使用主振荡器功率放大器（MOPA）结构中，一种典型的1550 nm LiDAR的光纤激光器的脉冲重复率达到5~250 kHz，功率水平分别为10~15 kW和200~300 W。脉冲激光二极管和光纤激光源用于自动驾驶汽车LiDAR的应用对比研究如下。

自动驾驶车辆LiDAR应用中脉冲激光二极管和光纤激光器来源的比较（来源：Keopsys集团）专用于自动驾驶汽车的脉冲激光二极管是混合器件。激光芯片安装在由MOSFET晶体管触发的电容器中。每当晶体管的栅极开启时，电容器内积累的电荷就会被释放到芯片中，从而释放出光脉冲。尽管此类型光源的性价比不错，相比昂贵的1550nm InGaAs光电二极管，其905 nm的输出很容易被硅探测器检测到，但激光二极管具有有限的脉冲重复率和较低的峰值功率，并且受到过热效应的限制。3D Flash LiDAR的激光二极管光源是基于二极管堆叠技术，用几个边缘发射器垂直封装在一起，每层之间均由一层薄的散热片隔开以防内部过热。不幸的是，非相干堆叠增加会导致输出功率高，这样通常不能满足1类用眼安全的需求。尽管VCSEL是一种比叠加技术性价比更高的替代方案，但其较弱的输出功率将其限制在短程ToF的应用中。