車(chē)載雷達(dá)用光放大器

  ICC訊 隨著激光技術(shù)的日趨成熟，利用激光技術(shù)的雷達(dá)也越來(lái)越多的應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，如機(jī)載用于對(duì)地形地貌的測(cè)量，氣象領(lǐng)域?qū)︼L(fēng)速、氣體污染物等監(jiān)測(cè)，3D打印對(duì)于制造模型的監(jiān)控測(cè)量等，但目前應(yīng)用研究最熱的非自動(dòng)駕駛莫屬。

  圖1. 雷達(dá)應(yīng)用場(chǎng)景

  根據(jù)自動(dòng)駕駛程度，國(guó)際上將自動(dòng)駕駛分為不同等級(jí)，從有自動(dòng)駕駛功能到完全開(kāi)放領(lǐng)域自動(dòng)駕駛,不同等級(jí)用的傳感器有不同要求。比如目前私家車(chē)百公里制動(dòng)距離一般在44m左右，高速公路限速一般120km/h,需要的探測(cè)距離是多少?探測(cè)距離越遠(yuǎn)，留給算法決策的時(shí)間就越長(zhǎng)，安全系數(shù)也越高，因此從理論上至少要達(dá)到300米的探測(cè)距離;另外當(dāng)自動(dòng)駕駛應(yīng)用走向現(xiàn)實(shí)以后，每輛車(chē)都裝備了自動(dòng)駕駛雷達(dá)，激光輻射在城市道路中將無(wú)處不在，如何保障人眼安全?

  光波長(zhǎng)為1.4μm-2.1μm時(shí)，能被人眼晶狀體強(qiáng)烈吸收，無(wú)法達(dá)到視網(wǎng)膜，對(duì)視網(wǎng)膜形成天然保護(hù)，從而被稱(chēng)之為人眼安全波長(zhǎng)。反之，光波長(zhǎng)在400nm-1400nm時(shí)，人眼晶狀體透過(guò)率大于80%，基本可直達(dá)視網(wǎng)膜，如下圖2(a)所示當(dāng)功率密度達(dá)到一定程度將對(duì)人眼視覺(jué)造成無(wú)法修復(fù)的損傷。

  ①：參考山東大學(xué)博士論文《人眼安全激光器及超連續(xù)譜研究》 張華平

  表1.損傷人眼的能量閾值(②)

  ②：參考中國(guó)電子學(xué)會(huì)電子對(duì)抗分會(huì)第十一屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集《人視覺(jué)器官激光損傷評(píng)價(jià)方法研究》 李明智

  如表1所示，從對(duì)人眼安全能量損傷閾值來(lái)評(píng)估，在1um附近單脈沖能量是5×10^-6J/cm2，在1.54μm單脈沖能量是1J/cm2，與可允許向空間直接輸出功率相差5-6個(gè)數(shù)量級(jí)，帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)是在摻鉺放大器波段允許輸出的功率要大得多，可以輕松得到更遠(yuǎn)的探測(cè)距離，并對(duì)人眼有更好的安全保障?；谝陨嫌懻?，人眼安全將是影響車(chē)載雷達(dá)商用關(guān)鍵因素之一，人眼安全激光設(shè)備的應(yīng)用就變得尤其重要了。

  長(zhǎng)飛光纖放大器解決方案

  基于人眼安全考慮，針對(duì)車(chē)載雷達(dá)應(yīng)用場(chǎng)景，長(zhǎng)飛提供C波段摻鉺光纖放大器，為人眼安全激光進(jìn)行功率放大，并且考慮到車(chē)載運(yùn)行環(huán)境，專(zhuān)門(mén)研發(fā)設(shè)計(jì)以提高模塊的可靠性以及兼容性，保證模塊的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

  長(zhǎng)飛車(chē)載激光雷達(dá)用EDFA均通過(guò)了CISPR：32以及CISPR:25測(cè)試，確保產(chǎn)品在車(chē)載環(huán)境安裝時(shí)不會(huì)對(duì)其它電子產(chǎn)品產(chǎn)生干擾，并且不會(huì)破壞原有電磁環(huán)境平衡。

  結(jié)構(gòu)方面，考慮到車(chē)載環(huán)境對(duì)空間需求苛刻，單通道模塊的尺寸為90×70×20(mm)與電信用標(biāo)準(zhǔn)尺寸模塊持平，但輸出功率最高可達(dá)到兩瓦;雙通道模塊設(shè)計(jì)尺寸140×90×15(mm)，每通道輸出功率同樣可達(dá)到兩瓦，可提供雙倍輸出功率，非常適合多線分光應(yīng)用。

  雙通道模塊在不同波長(zhǎng)下輸出功率均有不錯(cuò)表現(xiàn)，圖4是使用光譜儀進(jìn)行測(cè)試，評(píng)估輸出峰值功率情況。同時(shí)在不同溫度下功耗也較低，5V供電模塊，在高溫極端情況下滿(mǎn)功率輸出模塊電流不超過(guò)8A。

  圖5(a)是EDFA模塊在不同輸入波長(zhǎng)下的SMSR優(yōu)化結(jié)果，(b)是實(shí)際輸出信號(hào)光譜圖，可以看出對(duì)雙邊都進(jìn)行了SMSR信噪比優(yōu)化，有效降低了ASE分量噪聲，1532nm波段輸入信號(hào)SMSR可達(dá)到大于26dB,在1569nm波段輸入時(shí)SMSR可以達(dá)到大于31dB，大大提高了放大器模塊的工作帶寬。

  長(zhǎng)飛公司專(zhuān)為車(chē)載雷達(dá)設(shè)計(jì)的EDFA不但擁有良好的溫度性能，適合戶(hù)外全天候工作，而且針對(duì)車(chē)載電磁環(huán)境也做了專(zhuān)門(mén)優(yōu)化，通過(guò)相關(guān)車(chē)載電子電磁測(cè)試標(biāo)準(zhǔn);此外信噪比以及功率的提升也為多線雷達(dá)提供了充足的功率預(yù)算。

  無(wú)人駕駛是一個(gè)新興領(lǐng)域，已經(jīng)有越來(lái)越多的公司發(fā)現(xiàn)了這一市場(chǎng)機(jī)會(huì)，并推出了各式各樣的解決方案，1550nm波長(zhǎng)方案在目前成本偏高，但有人眼安全這一天然優(yōu)勢(shì)，隨著后續(xù)市場(chǎng)發(fā)展走勢(shì)，泵浦、有源光纖等關(guān)鍵器件國(guó)產(chǎn)化成本會(huì)有進(jìn)一步下降，這無(wú)疑可大大增強(qiáng)1550nm方案的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

  9月9日-11日，在中國(guó)國(guó)際光電博覽會(huì)上，長(zhǎng)飛公司將在展臺(tái)(6B51)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行車(chē)載雷達(dá)用光放大解決方案宣講，歡迎蒞臨參加!