車載雷達用光放大器

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

  圖1. 雷達應(yīng)用場景

  根據(jù)自動駕駛程度，國際上將自動駕駛分為不同等級，從有自動駕駛功能到完全開放領(lǐng)域自動駕駛,不同等級用的傳感器有不同要求。比如目前私家車百公里制動距離一般在44m左右，高速公路限速一般120km/h,需要的探測距離是多少?探測距離越遠，留給算法決策的時間就越長，安全系數(shù)也越高，因此從理論上至少要達到300米的探測距離;另外當(dāng)自動駕駛應(yīng)用走向現(xiàn)實以后，每輛車都裝備了自動駕駛雷達，激光輻射在城市道路中將無處不在，如何保障人眼安全?

  光波長為1.4μm-2.1μm時，能被人眼晶狀體強烈吸收，無法達到視網(wǎng)膜，對視網(wǎng)膜形成天然保護，從而被稱之為人眼安全波長。反之，光波長在400nm-1400nm時，人眼晶狀體透過率大于80%，基本可直達視網(wǎng)膜，如下圖2(a)所示當(dāng)功率密度達到一定程度將對人眼視覺造成無法修復(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)

  ②：參考中國電子學(xué)會電子對抗分會第十一屆學(xué)術(shù)年會論文集《人視覺器官激光損傷評價方法研究》 李明智

  如表1所示，從對人眼安全能量損傷閾值來評估，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個數(shù)量級，帶來的優(yōu)點是在摻鉺放大器波段允許輸出的功率要大得多，可以輕松得到更遠的探測距離，并對人眼有更好的安全保障?；谝陨嫌懻?，人眼安全將是影響車載雷達商用關(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。

  長飛光纖放大器解決方案

  基于人眼安全考慮，針對車載雷達應(yīng)用場景，長飛提供C波段摻鉺光纖放大器，為人眼安全激光進行功率放大，并且考慮到車載運行環(huán)境，專門研發(fā)設(shè)計以提高模塊的可靠性以及兼容性，保證模塊的長期穩(wěn)定運行。

  長飛車載激光雷達用EDFA均通過了CISPR：32以及CISPR:25測試，確保產(chǎn)品在車載環(huán)境安裝時不會對其它電子產(chǎn)品產(chǎn)生干擾，并且不會破壞原有電磁環(huán)境平衡。

  結(jié)構(gòu)方面，考慮到車載環(huán)境對空間需求苛刻，單通道模塊的尺寸為90×70×20(mm)與電信用標(biāo)準尺寸模塊持平，但輸出功率最高可達到兩瓦;雙通道模塊設(shè)計尺寸140×90×15(mm)，每通道輸出功率同樣可達到兩瓦，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下輸出功率均有不錯表現(xiàn)，圖4是使用光譜儀進行測試，評估輸出峰值功率情況。同時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功率輸出模塊電流不超過8A。

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

  長飛公司專為車載雷達設(shè)計的EDFA不但擁有良好的溫度性能，適合戶外全天候工作，而且針對車載電磁環(huán)境也做了專門優(yōu)化，通過相關(guān)車載電子電磁測試標(biāo)準;此外信噪比以及功率的提升也為多線雷達提供了充足的功率預(yù)算。

  無人駕駛是一個新興領(lǐng)域，已經(jīng)有越來越多的公司發(fā)現(xiàn)了這一市場機會，并推出了各式各樣的解決方案，1550nm波長方案在目前成本偏高，但有人眼安全這一天然優(yōu)勢，隨著后續(xù)市場發(fā)展走勢，泵浦、有源光纖等關(guān)鍵器件國產(chǎn)化成本會有進一步下降，這無疑可大大增強1550nm方案的競爭優(yōu)勢。

  9月9日-11日，在中國國際光電博覽會上，長飛公司將在展臺(6B51)現(xiàn)場進行車載雷達用光放大解決方案宣講，歡迎蒞臨參加!