VCSEL激光LiDAR

朋友們，今年7月中旬完更的吉時(shí)利經(jīng)典之作《低電平測量手冊》46集音頻，你聽了么？從8月開始，吉時(shí)利熱門應(yīng)用案例的技術(shù)干貨也接踵而至，希望能讓大家對手冊上知識點(diǎn)的認(rèn)識更為深刻，第一期為VCSEL激光LiDAR測試方案，開始學(xué)習(xí)吧！

隨著激光雷達(dá)成為自動(dòng)駕駛汽車的必備，越來越多的企業(yè)加入對激光雷達(dá)的新應(yīng)用開發(fā)和對先進(jìn)技術(shù)的追求，核心傳感器成為科技企業(yè)的戰(zhàn)略重地，特別是組成固態(tài)車載雷達(dá)的主體VCSEL激光LiDAR成為必爭之地。新的VCSEL激光LiDAR需求中，既有遠(yuǎn)程測距的高功率雷達(dá)，也有替代紅外與超聲波等環(huán)境感知傳感器的普通VCSEL激光LiDAR。

在遠(yuǎn)程測距方面，超遠(yuǎn)程測距由于留給自動(dòng)駕駛的機(jī)器判別時(shí)間較長，仍然可以采用雙攝像頭視覺傳感器和毫米波LiDAR來完成；在150~250M安全避障距離內(nèi)，DTOF VCSEL激光LiDAR傳感器由于機(jī)器計(jì)算時(shí)間少，硬件反應(yīng)速度更快，硬件可靠性更高、集成難度更低，體積更小，正在成為行業(yè)共同突破的重點(diǎn)。除了可以測距之外，VCSEL激光LiDAR還有“識物”的功能。在近距離的低速強(qiáng)制避障部分，合理布局的DTOF VCSEL激光LiDAR傳感器能夠快速無盲區(qū)地連續(xù)生成3D環(huán)境地圖，是目前理想的無風(fēng)險(xiǎn)避障措施。

對于DTOF VCSEL激光LiDAR傳感器，VCSEL在窄脈沖（通常是納秒量級）情況下的峰值功率、工作電流、工作電壓、轉(zhuǎn)化效率、近遠(yuǎn)場光學(xué)特性等參數(shù)對于芯片供應(yīng)商、封裝服務(wù)商、模組集成商等都非常重要。

從VCSEL陣列測試到

吉時(shí)利源表、電流計(jì)

幾乎所有現(xiàn)代的激光都由激光二極管產(chǎn)生，這里不得不提到目前光電行業(yè)里最炙手可熱的名詞：VCSEL （Vertical Cavity Surface Emitting Laser）垂直腔面發(fā)射激光器，它屬于面發(fā)射激光器的一種。業(yè)界預(yù)測VCSEL的產(chǎn)量在未來幾年因光通訊、手機(jī)3D攝像頭、汽車自動(dòng)駕駛等新興應(yīng)用，LiDAR應(yīng)用呈爆發(fā)式增長：

1

類半導(dǎo)體制程可直接在Wafer上完成工藝制作與測試，成本低廉，適于大規(guī)模商用。

2

相比邊沿發(fā)生激光器，VCSEL可集成為2D陣列，適用不同光功率和傳輸距離的應(yīng)用。

3

波長穩(wěn)定，尤其是環(huán)境溫度對光波長的影響小。

4

光斑窄且圓、閾值電流小，功耗低。

VCSEL和VCSEL陣列，以及各類激光二極管的標(biāo)準(zhǔn)檢測有很多重要參數(shù)要測量，來表征一個(gè)激光器的LIV （光-電流-電壓）特性。其中一項(xiàng)是激光器發(fā)光功率的測量。依據(jù)ANSI美國國家激光安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，各波長的激光有對應(yīng)的功率輸出上限，以保護(hù)人體尤其人眼安全。而近紅外光激光應(yīng)用于3D人臉識別、注視感知，實(shí)現(xiàn)真正的大規(guī)模商用，使用者的安全是第一要素。因此，VCSEL陣列的光功率測試在Face ID的量產(chǎn)測試中變得至關(guān)重要，必不可少。

泰克旗下的Keithley 品牌的源表（SMU）和高精度高采樣萬用表（DMM）是光電行業(yè)VCSEL激光器、各類激光二極管、光電二極管、二極管等光學(xué)器件的行業(yè)測試標(biāo)準(zhǔn)。隨著科技的日新月異，新的測試挑戰(zhàn)也層出不窮，泰克科技的測試儀器也與時(shí)俱進(jìn)，參與到最先進(jìn)的未來科技Face ID的測試中。

圖1. 典型的激光器光功率測試原理

使用吉時(shí)利的源表和采樣電流計(jì)搭建標(biāo)準(zhǔn)的激光器光功率測試系統(tǒng)：源表作為精密的電流脈沖源，驅(qū)動(dòng)激光器發(fā)出不同波長的激光，激光通過特制的積分球進(jìn)行收光和光電轉(zhuǎn)換，然后使用采樣電流計(jì)進(jìn)行超小電流的快速采樣，來精準(zhǔn)測算激光器發(fā)出的激光功率。經(jīng)典的測試原理，還要結(jié)合測試儀器卓越的性能和指標(biāo)才能夠完成一個(gè)復(fù)雜而挑戰(zhàn)的測試系統(tǒng)的搭建。

柯泰發(fā)布基于TOF技術(shù)的

3D傳感VCSEL陣列測試

基于目前無源VCSEL陣列的TR/TF評價(jià)性測試的現(xiàn)狀，綜合考慮測試的通用性、便捷性和可重復(fù)性，泰克合作伙伴柯泰測試研制了基于通用驅(qū)動(dòng)器和通用儀器的測試系統(tǒng)。

圖2. 柯泰基于TOF技術(shù)的3D傳感VCSEL陣列測試系統(tǒng)

使用該測試系統(tǒng)的主要目標(biāo)場景包括：3D傳感模組研發(fā)、陣列模組封裝測試、3D傳感系統(tǒng)廠商來料檢測和故障分析、VCSEL芯片性能評估。CTA-LTC1激光器測試臺適用于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，提供了驅(qū)動(dòng)器固定、PD定位、濾光片切換、遮光、電纜連接等多種結(jié)構(gòu)，能快速實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)環(huán)境搭建。其外觀尺寸為330mm x 330mm x 600mm（不含支撐腳）。

柯泰測試系統(tǒng)中提供的通用驅(qū)動(dòng)板需要通過細(xì)致調(diào)諧方可和被測件配合得到最佳TR/TF結(jié)果。柯泰測試提供了KTS-TRTF-A01自動(dòng)測試軟件可完成這個(gè)細(xì)膩而繁瑣的工作。基于對測試儀器的專業(yè)理解和測試方法的深入分析，柯泰選擇最佳的儀表組合，并輔以細(xì)致的觸發(fā)方式、采樣方式和測量參數(shù)設(shè)置，讓用戶僅需提供工作點(diǎn)相關(guān)掃描范圍，軟件即可將最佳工作點(diǎn)推薦值以列表方式呈現(xiàn)。

DTOF系統(tǒng)的VCSEL窄脈沖

LIV和近遠(yuǎn)場測試

柯泰測試結(jié)合產(chǎn)業(yè)界需求和自身知識經(jīng)驗(yàn)，推出了指標(biāo)領(lǐng)先的窄脈沖測試方案，覆蓋窄脈沖LIV、近場光學(xué)測試和遠(yuǎn)場光學(xué)測試。這一系統(tǒng)的主要目標(biāo)場景包括：

■VCSEL芯片性能評估和壓力測試

■陣列模組封裝測試

■3D傳感模組研發(fā)

■3D傳感系統(tǒng)廠商來料檢測和故障分析

圖3. 窄脈沖LIV壓力測試示例

圖4. 近場測試

圖5. 遠(yuǎn)場測試

測試系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

■使用定制的測試治具，實(shí)現(xiàn)非破壞性的快速測試；

■使用通用測試儀器，測試條件可控性和重復(fù)性優(yōu)于傳統(tǒng)定制系統(tǒng)，系統(tǒng)中的儀器亦可在其它測試中使用，通用性好；

■集成測試臺，提高系統(tǒng)搭建效率；

■一鍵式自動(dòng)化測試軟件，自動(dòng)掃描工作點(diǎn)，提高工作效率；

■可根據(jù)需要替換測試系統(tǒng)組件，從而實(shí)現(xiàn)更高的測試要求。

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原文標(biāo)題：干貨分享 | VCSEL激光LiDAR成自動(dòng)駕駛汽車必備，測試給未來更強(qiáng)保障

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