Page 12 - LFWC_MayJun2017_eMag

Cover Story 封面故事

的调 Q 固态激光器，可消除这些局限 里期望来自大气颗粒物的相对高的后 P s l u e d
Features laser Fiber
性，并提供从紫外（UV）到近红外 向散射系数。 diode laser
（near-IR）的各种激光波长。” 除了波长，要不要考虑脉冲持续 Peak power + +++
Pulse repetition frequency + +++
对于机载地形测绘，通常使用 时间呢？“理想情况下，”Smith 补充
Pulse duration ++ +++
1μm 左右的波长，在这种情况下，光 说，“激光雷达设计人员希望达到毫 Beam quality + +++
束会被扩大到足以被视为人眼安全。 米至厘米的纵向测量分辨率，因此应 Beam divergence + +++
Compactness +++ +
对于水深测量（海底和沿海地区的高 考虑短脉冲持续时间。然而，非常短
Reliability +++ +++
分辨率测绘），经常使用高能量的倍 的脉冲（几皮秒量级）会导致激光光 Multi-emission pooling + +++
频 532nm 激光源，因为绿光在纯水 谱和接收器带宽展宽，从而恶化信噪 Optical arrangement ease + +++
Eye safety + ++
中有较高的高透过率，同时受海底颗 比。”另外，超过 1ns 的脉冲会产生
图2：自动驾驶车辆激光雷达应用中脉冲激光二极
粒物的后向散射也非常有限。 较低的噪声，但分辨率较差，使得脉
管和光纤激光光源的比较。
通常 532nm 到 1μm 的波长在成 冲持续时间在几百皮秒（或亚纳秒）
本和能耗方面都有益处，但是要达到 数量级，是高纵向精度和信噪比的最 雷达。
相对较长距离的需求，可以很容易地 佳折衷。 闪光激光雷达使用广角发射源和
将激光功率提高到超过 Class 1 激光 为了说明一种形式不适合激光雷 广角光学元件，（例如鱼眼镜头）将
安全的极限。在这种情况下，如果光 达的所有激光源，我们来看看两种截 在单次发射期间获得的背向散射光聚
束未扩束到可接受的直径（从而增加 然不同的应用 ：自动驾驶车辆和森林 焦到矩阵探测器上，以获得所需的所
系统尺寸），使其符合人眼安全的规 冠层测绘。 有飞行时间（TOF）数据来建模车辆
定，则激光发射可能对人眼造成危害。 周围的区域。相反，扫描激光雷达逐
在民用和商业应用领域，人眼安 自动驾驶车辆激光雷达 行应对 3D 环境 ；在每个方向依次发
全激光器在高性能紧凑型激光雷达中 根据市场研究公司 ABI Research 射光，探测器逐一探测相应的回波。
a)
越来越受欢迎。在人眼安全波长中， 最近公布的一项调查结果，2026 年 人眼安全的激光源必须以脉冲模式运
发射约 1.5μm 的红外激光，通常是检 汽车设备的销量将达到 6900 万台。 [1] 行，足够强大到可以探测到 100m 外
测固体物体时的选择，如地形测绘和 如法国 Guillaume Canat 公司的研发 穿着深色衣服的行人，工作温度范
避开障碍物。事实上，大气非常透明， 经理 Frédéric Chiquet 和 Keopsys 集团 围 -40~85℃，并发射与 10cm 的测量
探测器在 1.5μm 时非常有效。或者， 首席执行官 Marcle Flohic 所说，有两 距离精度相适配的脉冲。
355nm 或更短的 UV 波长是人眼安全 种主要类型的自动驾驶车辆激光雷达 虽然许多激光雷达光源是基于
的大气激光雷达系统的最佳选择，这 系统 ：3D 闪光激光雷达和扫描激光 激光二极管的，但是也有人使用无
冷却的光纤激光器，
a) b) 1548 nm 并且提供了超过脉冲
photodiode
激光二极管的许多优
Return
from Dichroic 1064 nm 点，包括使用光纤将
target beamsplitter photodiode
Telescope 高功率光束分光、并
Scan 传送到多个传感器位
mirror
置（见图 2）。使用
Dichroic 主振荡器功率放大器
beamsplitter
（MOPA） 架 构， 典
Green 1064 nm 1548 nm
laser laser laser 型的 1550nm 激光雷
达光纤激光器的功率
图3：在马萨诸塞州的哈佛森林运行的DWEL激光雷达仪器（a），包括其橙色盒中的所有光学和读出电子设备（b），以及用于
b)
管理现场数据的笔记本电脑。 1548 nm 水平分别为 10~15kW
photodiode
Return
from
10 May/ Jun 2017 Dichroic 1064 nm www.laserfocusworld.com.cn Laser Focus World China 激光世界
target beamsplitter photodiode
Telescope
Scan
mirror

Dichroic
beamsplitter
Green 1064 nm 1548 nm
laser laser laser