225μm超窄线宽开启激光测距新时代

shuszhao

近年来，在扫地机器人、AGV和自动驾驶汽车等需要自动化工作的广泛应用中，可以准确测量距离和识别空间的LiDAR日益普及。在这种背景下，为了能够“更远”、“更准确”、“更低功耗”地检测到信息，作为光源的激光二极管面临着越来越高的性能要求。

                               
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“RLD90QZW3”是ROHM公司日前针对上述领域开发出的一款高输出功率(75W)半导体激光二极管。利用ROHM自有的元器件开发技术，在业界同等输出功率激光二极管中实现了225µm的超窄线宽。与线宽290µm的普通产品相比，线宽缩窄22%，实现了高光束性能。同时，通过使发光强度更均匀，并利用激光波长较低的温度依存性，可稳定发挥高性能，有助于LiDAR在各种环境下实现长距离应用和更高精度。值得一提的是，与窄线宽存在此消彼长关系的光电转换效率，也达到了与普通产品同等的21%（正向电流24A、75W输出时），用户无需担心功耗增加问题。

更长距离，更高精度

众所周知，FPLD和VCSEL是两种用于3D测距的激光光源种类。根据不同的应用和测距距离要求，所使用的光源也不太一样。一般来说，对于长距离测距，一般通过旋转式3DToF来实现，通常使用大功率FPLD激光器；对于短距离测距，一般通过旋转式和照射式两种方法实现。其中，旋转式3DToF采用毫瓦级小功率FPLD，照射式方案中的低成本应用，通常采用LED作为光源，而对于高分辨率、高精度的照射用3DToF，一般会采用“VCSEL+扩散板”方案来实现。

                               
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而所谓的3DToF，实际就是激光器发射出来的光照射到对象物上，经过照射物反射后，利用感光元件对反射光进行接收，再通过MCU对照射光和反射光的信号进行对比计算，得出光源到对象物的距离、形状、位置等各种信息。

                               
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根据ROHM半导体(北京)有限公司技术中心助理经理吴波的介绍，FPLD和VCSEL激光器最大的区别在于激光传导路径的不同。从下图可以看出，当FPLD芯片中正负电极通电之后，激光是从芯片的一边进行发射，这种FPLD也被称之为“边发射型FPLD”。与此相对应的VCSEL，则是在正负电极通电之后，激光垂直于芯片本身从上方直接发射出来，故而也被称之为“垂直腔面发射激光器”。

                               
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“RLD90QZW3”利用ROHM激光二极管元器件开发相关的专利技术，作为LiDAR用的75W高输出功率激光二极管，实现了225μm的业界超窄线宽。通过高密度发光实现了高光束性能。此外，除了在整个线宽范围成功地使发光强度更均匀外，激光波长的温度依存性低至0.15nm/℃，不易受温度变化的影响，因此可稳定地发挥其性能。

                               
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与同等输出功率、线宽290µm、温度依存性0.25nm/℃的普通产品相比，线宽缩窄22%，激光波长的温度依存性也可降低40%，因此可支持LiDAR的长距离应用；而在测量距离相等的情况下，有助于实现更高精度。

                               
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新产品采用专利技术，在同等输出功率的产品中，不仅实现了业界超窄的线宽，而且，在与线宽存在此消彼长关系的光电转换效率方面，也实现了与普通产品同等的21%的效率（正向电流24A、75W输出时）。因此，在采用时无需担心功耗增加。

                               
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同时，为了加快本系列产品的市场引入，在ROHM官网上还免费提供评估和导入本系列新产品所需的丰富设计数据，其中包括含有驱动电路设计方法的应用指南、电路板开发用的数据和仿真用的模型（SPICE模型、Ray数据）等。

                               
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深耕传感器光源领域

一直以来，ROHM致力于开发并供应包括FP激光二极管(FPLD)和VCSEL产品，早在1984年，就量产了780纳米FPLD激光器件。经过30多年的量产，面向CD、DVD、激光打印机、PM2.5检测等多个市场，开发出多款不同波长、不同功率的激光器件。

                               
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最近两年，905纳米大功率激光器成为公司发展重点。得益于拥有能够实现更窄激光线宽的自有专利技术，ROHM在2019年实现了25W高输出功率激光二极管“RLD90QZW5”的量产，主要面向消费电子设备领域。除此之外，目前，ROHM正在开发具有120W高输出功率和车载级(符合AEC-Q102标准)激光二极管产品。而在VCSEL领域，4W以下的小功率VCSEL今年将陆续实现量产，100W大功率VCSEL正在开发中。

                               
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基于MOCVD的自有晶体生长技术、Wet-Dry蚀刻相结合的精细化加工技术、以及实现高品质和稳定供应的公司自有生产线，是吴波列举的ROHM激光二极管生产制造具备的三大优势。而除了元器件开发外，吴波还强调了模块开发的重要性，例如通过在VCSEL模块中集成光源、开关芯片、以及相应的驱动电容，就能够大幅减少驱动电路的寄生参数，从而大幅提升驱动速度，使得模块型VCSEL的出光功率相比传统的分离器件方案提高约30%左右。

                               
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