长飞公司：车载雷达用光放大器

9/04/2020，随着激光技术的日趋成熟，利用激光技术的雷达也越来越多的应用到各个领域，如机载用于对地形地貌的测量，气象领域对风速、气体污染物等监测，3D打印对于制造模型的监控测量等，但目前应用研究最热的非自动驾驶莫属。
                  


   根据自动驾驶程度，国际上将自动驾驶分为不同等级，从有自动驾驶功能到完全开放领域自动驾驶,不同等级用的传感器有不同要求。比如目前私家车百公里制动距离一般在44m左右，高速公路限速一般120km/h,需要的探测距离是多少？探测距离越远，留给算法决策的时间就越长，安全系数也越高，因此从理论上至少要达到300米的探测距离；另外当自动驾驶应用走向现实以后，每辆车都装备了自动驾驶雷达，激光辐射在城市道路中将无处不在，如何保障人眼安全？
光波长为1.4μm-2.1μm时，能被人眼晶状体强烈吸收，无法达到视网膜，对视网膜形成天然保护，从而被称之为人眼安全波长。反之，光波长在400nm-1400nm时，人眼晶状体透过率大于80%，基本可直达视网膜，如下图2（a）所示当功率密度达到一定程度将对人眼视觉造成无法修复的损伤。
  


①：参考山东大学博士论文《人眼安全激光器及超连续谱研究》  张华平
                                 

 
②：参考中国电子学会电子对抗分会第十一届学术年会论文集《人视觉器官激光损伤评价方法研究》  李明智
如表1所示，从对人眼安全能量损伤阈值来评估，在1um附近单脉冲能量是〖5×10〗^(-6)J/cm²，在1.54μm单脉冲能量是1J/cm²，与可允许向空间直接输出功率相差5-6个数量级，带来的优点是在掺铒放大器波段允许输出的功率要大得多，可以轻松得到更远的探测距离，并对人眼有更好的安全保障。基于以上讨论，人眼安全将是影响车载雷达商用关键因素之一，人眼安全激光设备的应用就变得尤其重要了。

长飞光纤放大器解决方案
    基于人眼安全考虑，针对车载雷达应用场景，长飞提供C波段掺铒光纤放大器，为人眼安全激光进行功率放大，并且考虑到车载运行环境，专门研发设计以提高模块的可靠性以及兼容性，保证模块的长期稳定运行。
 长飞车载激光雷达用EDFA均通过了CISPR：32以及CISPR:25测试，确保产品在车载环境安装时不会对其它电子产品产生干扰，并且不会破坏原有电磁环境平衡。
结构方面，考虑到车载环境对空间需求苛刻，单通道模块的尺寸为90×70×20(mm)与电信用标准尺寸模块持平，但输出功率最高可达到两瓦；双通道模块设计尺寸140×90×15(mm)，每通道输出功率同样可达到两瓦，可提供双倍输出功率，非常适合多线分光应用。
  

   
   双通道模块在不同波长下输出功率均有不错表现，图4是使用光谱仪进行测试，评估输出峰值功率情况。同时在不同温度下功耗也较低，5V供电模块，在高温极端情况下满功率输出模块电流不超过8A。



    图5（a）是EDFA模块在不同输入波长下的SMSR优化结果，（b）是实际输出信号光谱图，可以看出对双边都进行了SMSR信噪比优化，有效降低了ASE分量噪声，1532nm波段输入信号SMSR可达到大于26dB,在1569nm波段输入时SMSR可以达到大于31dB，大大提高了放大器模块的工作带宽。
    
   长飞公司专为车载雷达设计的EDFA不但拥有良好的温度性能，适合户外全天候工作，而且针对车载电磁环境也做了专门优化，通过相关车载电子电磁测试标准；此外信噪比以及功率的提升也为多线雷达提供了充足的功率预算。
无人驾驶是一个新兴领域，已经有越来越多的公司发现了这一市场机会，并推出了各式各样的解决方案，1550nm波长方案在目前成本偏高，但有人眼安全这一天然优势，随着后续市场发展走势，泵浦、有源光纤等关键器件国产化成本会有进一步下降，这无疑可大大增强1550nm方案的竞争优势。

9月9日-11日，在中国国际光电博览会上，长飞公司将在展台（6B51）现场进行车载雷达用光放大解决方案宣讲，欢迎莅临参加！