Valintaopas
VCSEL vastaan reunasäteilevä laseri: lähteen valinta 3D-tunnistusta ja LiDAR:ää varten
Reunasuuntakasettajat voittavat huipputehossa ja kantamassa, VCSELit voittavat säteen muodossa, käyttöasteessa ja kustannuksissa. Merkityksellinen vertailu ei ole watteja – se on pulssien energiaa, ja molemmat teknologiat saavuttavat sen täysin eri tavoin.
Päivitetty 2026-10-07 · 5 min lukea
Kaksi tapaa rakentaa laseri
Reunasäteilylähetin (EEL) on Fabry-Perot-ontelo, joka on rakennettu waferin tasoon. Valo poistuu lohkeamasta pinnasta, ja säteen lähettävä aukko on raita – noin 110 µm x 30 µm meidän 905 nm osissamme – joten säde on elliptinen ja astigmaattinen: 9° liitoksen suuntaisesti, 25° siihen nähden kohtisuorassa.
A VCSEL (pystyontelopintaemissiolaser) omistaa ontelonsa kohtisuorassa waferiin nähden, joten valo poistuu pinnasta. Aukko on pyöreä, joten säde on pyöreä: meidän 940 nm osamme on 19° 1/e², symmetrinen, kaukokentässä donitsimainen.
Kaikki muu seuraa tästä geometriasta.
Numerot, vierekkäin
| 905 nm EEL (PLD905-180W-M) | 940 nm VCSEL (PLD940-6W-MV) | |
|---|---|---|
| Huipputeho | 180 W | 6 W |
| Nimetty pulssin pituus | 1 - 100 ns | 0,1 ms (QCW:n arvio) |
| Työjakso | 0.1 % | 3 % |
| Energia nimettyyn pulssiin | 18 µJ | 600 µJ |
| Kynnysvirta | 0.75 A | 1.2 A |
| Käyttöpiste | 25 A arvolla 22 V | 7 A arvolla 2.2 V |
| Hajonta | 25° x 9°, tai 6-8° x 9° FAC:llä | 19°, pyöreä |
| Kaukokenttä | elliptinen raita | donitsi, symmetrinen |
| Säteilyn aukko | 110 x 30 µm raita | pyöreä rivi |
| Kaltevuus hyötysuhde | ei määritelty yksittäisenä lukuna | 1 W/A |
| Verkkoin tehokkuus | - | 37 % |
| Pakkaus | TO56, jopa 180 W | TO9, pintaliitettävä |
| Tarvitsee nopean akselin kollimaation | kyllä, etäisyyttä varten | ei |
Lue kolmas rivi ja ensimmäinen rivi yhdessä. EEL:llä on kolmekymmentä kertaa suurempi huipputehoteho, ja VCSEL:llä on kolmekymmentä kertaa suurempi pulssien energia. Molemmat väitteet ovat totta, eikä kumpikaan anna koko vastausta.
Huipputeho ei ole energiaa
Tämä on sama identiteetti, joka hallitsee jokaista pulssilähdettä:
6 W VCSEL, jota ajetaan 100 ns ajan, tuottaa 0,6 µJ. Sama VCSEL, jota ajetaan 1 µs ajan, tuottaa 6 µJ – yhtä paljon kuin 60 W reunasäteilylähettävä 100 ns:ssä. EEL saavuttaa 18 µJ 100 ns aikana; sen energian saavuttamiseksi VCSEL:lle tarvittaisiin 3 µs pulssi.
Joten rehellinen yhteenveto on:
- EEL tuottaa energiaa nopeasti. Korkea huipputeho, lyhyet pulssit, korkea hetkellinen palautus.
- VCSEL tuottaa energiaa hitaasti. Matala huipputeho, pitkät pulssit, matala hetkellinen palautus.
Se, onko "nopea" vai "hidas" parempi, riippuu täysin vastaanottimestasi ja resoluutiovaatimuksistasi, ei laserista.
Missä pitkä pulssi auttaa ja missä se haittaa
Se auttaa, kun vastaanotin integroi: fotonilaskenta- tai integroiva vastaanotin kerää koko heijastuneen signaalin, joten tärkeää on kokonaisenergia, ei sen muoto. VCSEL:n 3 % käyttöjakso tarkoittaa myös paljon enemmän pulsseja sekunnissa samalla keskimääräisellä teholla, mikä on juuri sitä, mitä keskiarvopohjainen 3D-luotain haluaa.
Se sattuu, jos sinun täytyy erottaa kaksi kohdetta eri etäisyyksillä. 100 ns pulssi leviää paluussa noin 15 m, koska valo kulkee 0,3 m nanosekunnissa ja sen täytyy tehdä edestakainen matka. 1 µs pulssi leviää noin 150 m. Suoran kulkuajan mittausjärjestelmässä, jossa mitataan etureunan ajankohta, tarkkuus voi silti olla hyvä – mutta kyky erottaa henkilö, joka seisoo seinän edessä, katoaa.
Eleanturissa 1 m etäisyydellä ja ajoneuvossa 200 m etäisyydellä sillä ei ole merkitystä. Etäisyysmittarissa, joka joutuu näkemään peuran puiden edessä, se on tappavaa.
Kantama, rehellisesti
Käyttämällä julkaistua mallia etäisyysyhtälö-artikkelissa ja käsittelemällä 940 nm VCSEL:ää riittävän lähellä 905 nm:ää piipohjaista APD:ää varten:
| Lähde | Pulssi | Energia | Retroheijastava | Hajautunut |
|---|---|---|---|---|
| PLD905-180W-M | 100 ns | 18 µJ | 1.6 km | 535 m |
| PLD905-90W-M | 100 ns | 9 µJ | 1.1 km | 380 m |
| 6 W VCSEL | 100 ns | 0.6 µJ | 295 m | 100 m |
| 6 W VCSEL | 1 µs | 6 µJ | 925 m | 310 m |
| 70 W VCSEL -alusta | 100 ns | 7 µJ | 1.0 km | 335 m |
905 nm VCSEL -rivi on mielenkiintoinen tapaus: 70 W pinnalta säteilevästä emitteristä riittää kilpailemaan keskitason reunasäteilevän emitterin kanssa, pyöreällä säteellä eikä FAC:llä. Rivien tehoa kasvatetaan lisäämällä emittereitä samalle piille, minkä vuoksi VCSEL:n teho on noussut niin nopeasti.
Mitä muuta muuttuu
Aallonpituuden vakaus. VCSEL:n emissioaallonpituus muuttuu paljon vähemmän lämpötilan mukana kuin reunasäteilijän 0,10 nm/K, mikä on tärkeää, kun kapea optinen suodatin hoitaa pääosan auringonvaloa vastaan. Vaihtokauppana on leveämpi spektrileveys ja lyhyempi koherenssipituus - mikä on hyvää uutista speckle-kuville ja huono uutinen interferometrialle.
Speckle. VCSEL-verkko on monia riippumattomia lähettimiä, jotka lasattavat hieman eri aallonpituuksilla, joten speckle-kuvio keskimääräistyy. Yksimuotoinen reunalähetin tuottaa voimakkaasti koherenttia valoa ja näkyvän speckle-kuvion kohteessa. Kuvantamisessa tämä on usein ratkaiseva tekijä. Sama mekanismi on parannus näkyvän ja RGB-laserin valaistuksessa, jossa speckle on poistettava eikä sen anneta keskimääräistyä itsestään.
Elliptinen säde vastaan pyöreä. 25° nopea akseli ei ole pelkkä kollimaatio-ongelma. 1 km etäisyydellä 25° tuuletin on 440 m korkea raita, josta suurin osa ei koskaan saavuta vastaanotinta – katso FAC ja kuituliitäntä. VCSELit syntyvät pyöreinä.
Vikatyypit. Reunapäästölähde epäonnistuu facetissa, yleensä katastrofaalisen optisen vaurion seurauksena, joka johtuu ylivirrasta tai saastumisesta. VCSEL epäonnistuu lämpörajan ylityksen vuoksi, ja yksittäiset emitterit matriisissa voivat epäonnistua ilman, että laite menee rikki, mikä heikentää sitä vähitellen mutta on vaikea havaita.
Kustannukset suuressa määrässä. Edge-emitterit tehdään leikkaamalla ja pinnoittamalla särmät, yksi kiekko useiksi palkeiksi. VCSELit valmistetaan ja testataan kokonaan kiekolla, minkä vuoksi niistä tuli oletusarvo suurissa määrissä kuluttajakäyttöön tarkoitetussa sensoritekniikassa.
Päätössääntö
Valitse reunaemitteri, kun: vaatimuksena on yli muutama sata metriä, pulssin on oltava alle 100 ns, kohde ei ole yhteistyöhaluinen, tai tarvitset suurimman huipputehon per dollari. Etäisyyden mittaus, ajoneuvon LiDAR, pitkän kantaman teollinen havaitseminen.
Valitse VCSEL, kun: vaatimuksena on muutama metri muutamaan sataan metriin, vastaanotin integroi, haluat pyöreän säteen etkä FAC:tä, haluat pintaliitosintegraation ja wafer-tason kustannukset, ja voit hyväksyä pitkän pulssin. Kuluttajien 3D-havainto, eleiden ja läheisyyden tunnistus, konenäkö, lyhyen kantaman autojen salama.
Valitse molemmat, kun ne eivät kilpaile: 905 nm:n edge-emitteri pitkän kantaman kanavalle ja 940 nm:n VCSEL-taulukko laajakulmaiseen lyhyen kantaman kanavaan on yleinen ja järkevä arkkitehtuuri ajoneuvojärjestelmissä.
Aiheeseen liittyvää luettavaa
905 nm vastaan 1535 nm vastaan 1550 nm: aallonpituuden valinta etäisyyden mittaukseen ja LiDAR:lle
Aaltopituusvalinta määrittää detektorisi, silmäturvallisuusluokkasi, maksimikäytettävän energiasi ja säänsuorituskykysi. Tässä on, miten kolme aluetta itse asiassa vertautuvat etäisyyden mittaustyöhön.
IlmaisimetVastaanottopuolen valinta: lumivyöryfotodiodit vastaan PIN-fotodiodit
Suurin osa etäisyyslinkin marginaalista palautetaan vastaanottimessa, ei lähettimessä. Tässä hetkessä APD ansaitsee 10-kertaisen hintansa, miten vahvistus ja kohina tasapainottuvat, ja mitä spesifikaation luvut todella tarkoittavat.
ValintaopasKuinka valita 905 nm pulssilaserdiodi: etäisyyskohteesta osanumeroon
Toistettavissa oleva menettelytapa, jolla etäisyysvaatimus muunnetaan pulssien energiaksi, pulssien energia huipputehoksi ja pulssin leveydeksi, ja huipputeho pienimmäksi paketiksi, joka kestää käyttöjaksonne.
