905 nm vastaan 1535 nm vastaan 1550 nm: aallonpituuden valinta etäisyyden mittaukseen ja LiDAR:lle

Miksi aallonpituus on ensimmäinen päätös, ei viimeinen

Insinöörit valitsevat usein diodin huipputehon perusteella ja pitävät aallonpituutta seurauksena. Se on päinvastoin. Aallonpituus määrää neljä asiaa, jotka rajoittavat kaikkea downstream:

1. Mitä detektoria voit käyttää, ja siten vastaanottimesi kohinatason.
2. Kuinka paljon energiaa sinulla on laillisesti lupa lähettää, silmäturvallisuusstandardin mukaan.
3. Kuinka paljon valostasi selviytyy ilmakehän läpi - ja onko sade vihollisesi vai ystäväsi.
4. Miltä kohde näyttää kyseisellä aallonpituudella (lehvästö, maastoutuminen, lasi, vesi kaikki käyttäytyvät eri tavalla).

Kolme kaistaa yhdellä silmäyksellä

905 nm: työkalu, ja edullinen

905 nm on siellä, missä teho on. Pinottu-tunneliliitosemitteri TO56:ssa – meidän PLD905-sarja kulkee 15 W:sta 180 W:iin – maksaa murto-osan mistä tahansa pidemmillä aallonpituuksilla, ja se yhdistyy piipohjaiseen APD:ään, joka maksaa muutaman dollarin.

Etuna ei ole vain komponenttien kustannus. Piin APD:tillä on erittäin alhainen pimeävirta, mikä asettaa matalan vastaanottimen kohinatason, ja pii on erinomainen reaktiivisuudeltaan noin 1000 nm asti. Tämä yhdistelmä on syy siihen, miksi 180 W / 18 uJ osa voi saavuttaa 1,6 km heijastavassa kohteessa.

Rajat ovat kuitenkin todellisia:

Silmien turvallisuus. 905 nm on näkymätön ja keskittyy verkkokalvolle. Muutaman mikrojoulen yläpuolella lopputuote on luokkaa 3R tai pahempi, ja säde on suunniteltava siten, ettei se voi osua ihmisen silmään - sulkimet, lukitukset, divergenssi tai mekaaninen kotelo, josta säde ei fysikaalisesti pääse karkaamaan. Tämä yksittäinen rajoitus estää useimmat suuren energian 905 nm -suunnittelut.

Energiakatto. Koska et voi turvallisesti lähettää enempää energiaa, 905 nm saavuttaa noin 60 μJ käytännössä kannettavassa laitteessa. Se rajoittaa hajasäteilevä-kohteen kantaman noin 1 km:iin. Katso kantama-yhtälöartikla siitä, mistä tuo luku tulee.

Auringonvalo. 905 nm sijaitsee vahvassa auringon taustakaistassa. Kapea optinen suodatin (5–10 nm) on välttämätön; ilman sitä päiväaikainen kantama romahtaa. Tämä tarkoittaa myös sitä, että 905 nm ei ole oikea valinta vastaanottimelle, joka katsoo aurinkoon päin.

Toimitusketjun osajoukko - erityisesti 905 nm VCSEL -matriisit - saavuttaa nyt 70 W pintasäteilevässä laitteessa, mikä poistaa kokonaan nopean akselin kollimaatiopulman. Siitä käsitellään VCSEL vastaan EEL.

1535 nm: silmille turvallinen kaista todelliselle kantamalle

1535 nm:n aallonpituudella sarveiskalvo imee valon ennen kuin se saavuttaa verkkokalvon, joten suurin sallittu altistus on säteilyaltistuksen osalta noin miljoona kertaa suurempi kuin 905 nm:llä. Käytännössä se tarkoittaa, että voit laittaa ilmaan 100 uJ, 300 uJ tai 1 mJ ilman, että tuote muodostaa laserin vaaran.

Siksi jokainen vakava monen kilometrin kantama käsikäyttöinen etäisyysmittari on silmäturvallinen. Meidän LZ1535 erbiumlasimoduulimme kattavat 40 uJ 1 kHz:llä aina 1 mJ:iin 10 Hz:llä, ja 300 uJ moduuli saavuttaa noin 10 km retroheijastimella ja 3,5 km diffuusion maastolla käyttäen kalibrointia kantayhtälöartikkelissa.

Kustannukset ovat yhtä selkeät:

Detektori. InGaAs APD:t maksavat 5–10 kertaa enemmän kuin pii, tarvitsevat lämpötilankompensaation (niiden murtumisjännite vaihtelee) ja niissä on korkeampi pimeävirta ja ylimääräinen kohina. Vastaanottimelle varattu budjetti kasvaa.

Lähde. Erbiumlasi on passiivisesti Q-kytketty kiinteän aineen laseri, ei diodi. Se on isompi, hitaampi (10 Hz:stä muutamaan kHz:iin, ei 30 kHz), ja tarvitsee oman virtamoduulinsa - katso ajurit ja virtamoduulit.

Sää. 1535 nm sijaitsee vesihöyryn absorptioalueella. Sumua ja rankkasadetta se vaimentaa huomattavasti enemmän kuin 905 nm. Selkeissä olosuhteissa se on erinomainen; rannikkosumussa se voi olla väärä valinta.

Toistotaajuus. 1 kHz on saavutettavissa LiDAR-skannauksessa, mutta 10 kHz ja yli ei ole, mikä sulkee 1535 nm korkean ruutunopeuden salamatarkkuuksista arkkitehtuurista pois.

1550 nm: kuitulaserin aallonpituus

1550 nm jakaa 1535 nm:n silmäturvallisuuden edut ja lisää yhden: se on aallonpituus, jossa on runsaasti saatavilla erbiumilla dopeattuja kuituvahvistimia ja telekommunikaatioluokan komponentteja. Jos tarvitset kymmeniä watteja keskitehoista tehoa - esimerkiksi pitkän kantaman autoteollisuuden LiDAR:ssä - 1550 nm kuitulaserit ovat ainoa käytännöllinen vaihtoehto.

Pulssienergioilla alle noin 100 uJ, ja kaikelle, mikä pitää mahtua käsikokoiseen koteloon, 1535 nm yleensä voittaa: erbiumlasi on yksinkertaisempi, pienempi ja halvempi lähde kuin 1550 nm kuitu-MOPA-ketju.

Päätösprosessi

Jos tuote on käsikäyttöinen tai kuluttajakäyttöön suunnattu yksikkö alle noin 1 km, käytä 905 nm. Saat halvimmat optiikat, halvimmat detektorit ja toimitusketjun kymmenillä hyväksytyillä lähteillä.

Jos vaatimus on yli 1,5 km todellisessa maastossa, käytä 1535 nm. Silmäturvallisuusmarginaali on se, mikä tekee energian budjetin ylipäätään mahdolliseksi. Ei ole olemassa nerokasta 905 nm suunnittelua, joka sulkisi tuon kuilun.

Jos tarvitset yli 10 W keskimääräistä tehoa tai kokonaan kuituarkkitehtuurin, käytä 1550 nm.

Jos sovellus on 3D-havainto muutaman metrin tai kymmenien metrien etäisyydeltä, käytä VCSEL:ää 850-940 nm alueella. Pyöreät säteet, wafer-tason valmistus ja ei silmäturvallisuusongelmia käytetyllä energialla.

Se ainoa tilanne, jossa 905 nm voittaa kaiken

Lyhyt kantama, korkea toistotaajuus, alhaiset kustannukset. Robottipölynimuri, telakointisensori tai 20 m läheisyysilmaisin, joka toimii 30 kHz taajuudella, on 905 nm -suunnittelu ja pysyy sellaisena. PLD905-25W-P on olemassa juuri tätä varten: 25 W, kolme emitteriä, muovipaketti, sentit eivät dollarit.

Käytä valitsinta tarkistaaksesi tietyn yhdistelmän katalogista, tai lue ajurisuunnitteluartikkeli ennen kuin sitoudut pulssin leveyteen.