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解讀消費和汽車領域激光技術新趨勢

來源:MEMS2020-11-10 我要評論(0 )   

據(jù)麥姆斯咨詢報道,Lumentum是國際知名的專業(yè)激光器廠商。近幾年,隨著3D傳感市場的快速成長,3D傳感已經(jīng)成為Lumentum僅次于光通信的第二大業(yè)務板塊。從2010年微軟公司...

據(jù)麥姆斯咨詢報道,Lumentum是國際知名的專業(yè)激光器廠商。近幾年,隨著3D傳感市場的快速成長,3D傳感已經(jīng)成為Lumentum僅次于光通信的第二大業(yè)務板塊。從2010年微軟公司推出的室內(nèi)游戲機,到2015年的個人電腦,再到2017年之后具有劃時代意義的3D傳感手機應用中,都有Lumentum公司提供的激光器產(chǎn)品和技術。Lumentum非常重視本地化和客戶服務,作為一家芯片供應商,Lumentum為客戶提供的服務已經(jīng)遠超芯片本身,通過深厚的技術積累與研發(fā)能力,在解決方案和產(chǎn)品生態(tài)等方面,Lumentum提供全方位技術支持,保證項目高效順利推進和按時投放市場。

作為走在3D傳感技術前沿的Lumentum,對未來3D傳感應用有何理解和預測?對未來激光技術趨勢有怎樣的判斷?Lumentum又做了哪些布局?2020年9月24日,由麥姆斯咨詢主辦的 『第三十屆“微言大義”研討會:3D視覺技術與應用』,Lumentum亞太區(qū)資深FAE計超先生做了精彩分享!

Lumentum亞太區(qū)資深FAE計超先生分享多結(jié)和可尋址VCSEL以及Lumentum在行業(yè)的最新進展

Lumentum為3D傳感和車載應用提供全面的激光解決方案

Lumentum(前JDSU)自2010年開始布局3D傳感市場,至今已累計發(fā)貨超8.5億顆3D傳感激光器,其中邊發(fā)射激光器(EEL)5千萬顆,VCSEL超8億顆。Lumentum面向iToF(間接飛行時間)、dToF(直接飛行時間)、結(jié)構(gòu)光、汽車In-cabin及汽車激光雷達等多種應用的VCSEL和EEL產(chǎn)品,均處于量產(chǎn)狀態(tài),2018年至今在中國市場3D傳感VCSEL發(fā)貨量已經(jīng)超過6千萬顆。

計超先生介紹道:“Lumentum VCSEL(芯片及封裝)已經(jīng)通過了AEC-Q102認證,并批量出貨,是目前全球唯一通過AEC-Q102認證的VCSEL封裝,可為車內(nèi)DMS/OMS應用提供貨架產(chǎn)品。面向激光雷達,Lumentum VCSEL的光功率密度已大幅提升到1000 W/mm2,用以順利替換EEL,成為激光雷達系統(tǒng)設計的首選光源。目前Lumentum不僅可以提供車規(guī)級可靠性的VCSEL標品,也可以與客戶進行汽車VCSEL的深度定制開發(fā),歡迎有需求的客戶與我們具體討論?!?/p>

Lumentum車規(guī)級VCSEL產(chǎn)品及性能展示

多結(jié)VCSEL設計及應用

Lumentum追求對VCSEL產(chǎn)品性能持續(xù)不斷的提升,同時努力降低成本,因此要在解決方案的設計層面進行優(yōu)化——多結(jié)VCSEL(也稱:多層結(jié)VCSEL)因此而誕生。計超先生分析了多結(jié)VCSEL的諸多優(yōu)勢:“首先體現(xiàn)在功率和PCE(電光轉(zhuǎn)換效率)。多結(jié)VCSEL能提供更高的功率密度,對光學系統(tǒng)設計更加友好;其次,多結(jié)VCSEL增加了斜率效率。采用多結(jié)之后,驅(qū)動電源稍微提高,同時大幅降低芯片驅(qū)動電流,高壓小電流的激光驅(qū)動器更易實現(xiàn)。此外,多結(jié)VCSEL其實是一種降低VCSEL成本的優(yōu)秀方案。獲得相同的功率,多結(jié)VCSEL只需單結(jié)芯片面積的二分之一或者三分之一就可以實現(xiàn),這對成本節(jié)約非常有幫助?!?/p>

iToF模式工作的單結(jié)VCSEL和三結(jié)VCSEL:芯片面積不變,單位功率密度大幅提升

計超先生向現(xiàn)場觀眾展示了工作在iToF模式的單結(jié)VCSEL和三結(jié)VCSEL的性能表現(xiàn)。這兩顆芯片均是量產(chǎn)芯片,其中單結(jié)VCSEL的電壓在2 V左右,三結(jié)VCSEL會提高到5 V左右。在相同的3~4 A電流下,同樣面積的芯片,三結(jié)VCSEL的出光功率可增加近三倍。值得一提的是,換成三結(jié)VCSEL之后,系統(tǒng)的裝配和部件選擇并沒有明顯差別,可以兼容原有單結(jié)成熟封裝工藝和光學配件。計超先生也分析到,“多結(jié)VCSEL中,各結(jié)之間近距離地串聯(lián)在一起,當控制信號脈沖比較長,或者占空比較大的時候,結(jié)與結(jié)之間會有較強的熱影響,導致芯片電光效率下降。因為這個特點,多結(jié)VCSEL更加適合短脈沖工作場景,比如dToF解決方案等應用。”

多結(jié)VCSEL在連續(xù)脈沖、低占空比模式下的表現(xiàn)

可尋址VCSEL類型和演進方向

為什么需要可尋址VCSEL(Addressable VCSEL)?可尋址會為3D傳感帶來什么幫助?計超先生對此進行了詳細的分析。“首先,可尋址VCSEL能更有效地操控激光器的發(fā)光位置,允許系統(tǒng)僅控制有需要的位置發(fā)光;其次,配合合適的系統(tǒng)設計,可尋址芯片能實現(xiàn)系統(tǒng)級抗干擾、抗沖突等獨特功能,解決多設備同時共用、相互之間會產(chǎn)生干擾的難題;第三,可尋址芯片有更佳的發(fā)光效率,節(jié)約系統(tǒng)功耗;第四,相比單一區(qū)域芯片,分區(qū)工作的熱耗散更小,更有利于系統(tǒng)散熱。”但是,可尋址VCSEL也會對應用提出一些新的要求:比如需要多通道光源驅(qū)動電路,需要有DOE(衍射光學元件)等微光學元件的光路配合,在傳感器和算法設計上,更需要整體考慮,設計難度增加等等。接下來,計超先生向在場觀眾分享了Lumentum的可尋址VCSEL實現(xiàn)方式:

(1)1D可尋址VCSEL(下圖左起第一張圖),實現(xiàn)從左到右的分區(qū)點亮;

(2)交錯尋址型(下圖左起第二張圖),例如進行奇偶數(shù)排列交錯點亮;

(3)2D可尋址VCSEL(下圖左起第三張圖),有兩種實現(xiàn)方式,分別為共陰極、多陽極形式,和獨立陰極陽極形式;

(4)多層分區(qū)VCSEL(下圖左起第四張圖),不同的發(fā)光點組合,可以共用相同的發(fā)光區(qū)域,同時或分步點亮工作。

Lumentum提供靈活多樣的可尋址VCSEL設計

計超先生認為“傳統(tǒng)的iToF方案還會長期存在,并且持續(xù)提升分辨率,降低成本。與此同時,在硬件支持的情況下,例如點陣方式投射的dToF方案,可尋址VCSEL會更加適用?!?/p>

Lumentum的VCSEL產(chǎn)品旨在提升性能的同時降低成本

最后,計超先生表示,Lumentum提供多樣的激光器產(chǎn)品,波長覆蓋8XX nm到15XX nm范圍,功率小到毫瓦(mW)級別,大到千瓦(kW)級別,都有成熟產(chǎn)品和解決方案。客戶既可以在現(xiàn)有產(chǎn)品平臺上選擇,又可以靈活定制。Lumentum扎根中國20年,一直以積極開放的態(tài)度與客戶共同成長,期待與客戶一起,推動更多新功能、新解決方案,也推出更多新應用!


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