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用于車載激光雷達的940nm耐高溫105°C芯片與光纖耦合泵浦模塊
材料來源:度亙核芯          

度亙核芯成功開發用于車載激光雷達的940nm耐高溫半導體激光芯片和光纖耦合泵浦模塊,并通過了嚴格的性能與可靠性測試,正式推出具有小體積、高抗反、耐高溫、耐低溫等優點的符合車規要求的940nm光纖耦合泵浦模塊。

圖1:用于車載激光雷達的高性能940nm光纖耦合泵浦模塊

應用與背景

在車載激光雷達工作波長的選擇方面,相對于905nm等波長,1550 nm波長的人眼安全閾值更高,可以發射更高的激光功率以達到更高的測距靈敏度;并且該波長遠離太陽紅外背景光,因此具有高的抗干擾能力,能夠實現更遠距離的傳感探測。1550 nm的光纖激光器作為激光雷達光源已逐漸成為無人駕駛、車輛安全預警、測距、測風等激光雷達的重要技術方案之一,是目前激光雷達領域的技術熱點。

目前,940nm光纖耦合模塊泵浦1550nm光纖激光器的方案是實現1550nm激光雷達應用的主要技術途徑,能夠充分滿足激光雷達對高峰值功率、短脈沖、高光束質量的要求。

技術難點

 芯片的極高溫度工作要求:

對940nm半導體激光芯片要求有極好的溫度特性,能夠實現≥105℃高溫環境下的高功率穩定可靠工作;

車規級可靠性:

滿足車規對感知元件的性能和安全要求,對產品的設計和工藝具有極高的要求;

 嚴苛的環境適應性:

由于車載環境的復雜性,產品需在苛刻的震動沖擊、高低溫環境下實現穩定工作。

開發成果

基于度亙核芯全鏈條的芯片研發與生產平臺,圍繞性能及可靠性難點問題進行攻關,成功開發了高性能940nm半導體激光芯片。并且針對車規級應用需求,進行了光纖耦合模塊的設計優化,25℃下,12A輸出功率大于12W,10W功率下耦合模塊的電光轉換效率高達60%,在極高溫度105℃環境條件下,仍然可以穩定實現高于7W的功率輸出。

圖2:940nm光纖耦合泵浦模塊的典型光電特性曲線(25℃ & 105℃)

在可靠性方面,該激光泵浦模塊經過了20G加速度、20-2000HZ頻率的機械振動測試,同時經過了500G加速度的機械沖擊測試,測試之后模塊無松動變形等現象,并且振動沖擊前后工作電流 Iop變化均值僅為1.2%,完全滿足應用的可靠性需求。

在環境適應性方面,該泵浦模塊具有良好的耐高溫、耐低溫特性。在-40℃到110℃的500次高低溫循環測試中,工作電流 Iop變化率均值為-0.2%。模塊在極端溫度-60℃及105℃溫度下測試的波長分別為915.3nm、972.6nm,完全處于1550nm激光雷達系統的有源光纖離子吸收窗口內,可確保激光雷達系統在大溫度范圍的苛刻環境下的正常工作,具有極強的溫度適用性。

圖3:不同溫度下(-60°C、25°C、105°C)光纖耦合模塊光譜測試曲線

針對車規級1550nm激光雷達應用的940nm泵浦模塊需求,度亙核芯自主開發了高性能及高可靠性的940nm半導體激光芯片及光纖耦合模塊。25℃,12A下模塊輸出功率高于12W,105℃環境溫度下,模塊輸出功率高于7W,產品各項指標滿足車規級應用要求。此外,度亙核芯在工藝過程控制、可靠性驗證等環節建立了完善的質量管理體系,具備車規級940nm泵浦模塊的批量生產和供貨能力。

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