Horizon

Los sistemas de guía autónomos están llamados a cambiar muchos aspectos del mundo moderno, desde la minivan familiar en el carril de bajada de la escuela hasta los camiones comerciales en las autopistas y los montacargas dentro de los centros de distribución. LiDAR (detección y alcance de luz) es un componente clave de los sistemas de guía autónomos en el corazón de cada una de estas aplicaciones, que proporciona información de profundidad 3D rápida y confiable en todo un campo de visión (FoV). A pesar de tener LiDAR en común, estas aplicaciones de ejemplo existen claramente en entornos muy diferentes, cada uno con su propia combinación específica de necesidades y especificaciones LiDAR.

Por ejemplo, LiDAR viene en tipos de pulsos no coherentes y variedades de ondas continuas coherentes de frecuencia modulada (FMCW). Mientras que el LiDAR coherente utiliza señales moduladas en frecuencia, que en el sensor receptor extraen información de amplitud, fase y frecuencia de la portadora óptica, el LiDAR pulsado utiliza detección directa basada en la información de sincronización de la potencia óptica recibida. Cada uno de estos enfoques viene en versiones de corto, mediano y largo alcance, y cada rango tiene especificaciones variables, como resolución (incluida la resolución espacial y de profundidad), velocidad y campo de visión. Encontrar la solución LiDAR adecuada para una aplicación determinada requiere consideraciones sobre sensores, cadena óptica, electrónica e iluminación. De lo contrario, el sistema podría no detectar obstáculos ni determinar distancias, con resultados potencialmente devastadores.

Este documento técnico se centra en las dos principales soluciones de fuentes de luz que compiten para sistemas LiDAR no coherentes: láseres emisores de borde (EEL) y láseres emisores de superficie de cavidad vertical (VCSEL). La Tabla 1 proporciona ejemplos de diferentes arquitecturas que se benefician de cada tipo de láser.

EEL: densidad de energía frente a facilidad de integración

Como se mencionó anteriormente, los sistemas LiDAR vienen en una variedad de rangos. Un factor que afecta el alcance es la potencia máxima de salida del láser semiconductor EEL o VCSEL. En el caso de las EEL, la luz se emite paralelamente a la superficie de montaje. El haz emitido es elíptico con una amplia divergencia vertical, lo que requiere una óptica del haz de colimación colocada cerca de la faceta, también conocida como colimación de eje rápido. La necesidad de ópticas de colimación al integrar EEL en un sistema puede resultar costosa debido al complicado montaje. Sin embargo, la relación entre el área de emisión y el área del chip (factor de llenado) puede llegar al 80%, lo que aumenta la potencia total de salida por cavidad.

Las regiones de ganancia también se pueden apilar una encima de otra en diseños multiunión (Figura 1). En estas configuraciones, una EEL típica de un solo emisor en pulso corto (≈50 ns) puede emitir entre 100 y 200 W de potencia máxima. La conexión de una serie de emisores en paralelo en una barra láser (Figura 2) da como resultado una potencia máxima más alta (>1 kW). Además, la estrecha área de emisión vertical significa que el brillo es relativamente alto (consulte la Tabla 1 y la Figura 7), lo que ofrece una ventaja para escanear sistemas LiDAR, porque ofrece alta potencia con baja divergencia del haz, un requisito para largas distancias de escaneo.