激光雷達(dá)是激光探測(cè)及測(cè)距系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱(chēng),它可以發(fā)射定位激光束,通過(guò)測(cè)定傳感器、發(fā)射器與目標(biāo)物體之間的傳播距離來(lái)定位目標(biāo)物體的位置,并呈現(xiàn)目標(biāo)物體的三維結(jié)構(gòu)信息。InGaAs是一種典型的III-V族半導(dǎo)體材料,它在(0.35~1.42) eV范圍內(nèi)可調(diào)的禁帶寬度使其在(0.9~1.7) μm波段具有廣泛的應(yīng)用,被認(rèn)為是1550 nm激光雷達(dá)探測(cè)器的理想材料。
據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道,近期,合肥工業(yè)大學(xué)微電子學(xué)院的科研團(tuán)隊(duì)在《安慶師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)》期刊上發(fā)表了以“InGaAs近紅外激光雷達(dá)光電探測(cè)器研究進(jìn)展”為主題的文章。該文章第一作者為邢悅,主要從事InGaAs光電探測(cè)器與FPGA相關(guān)應(yīng)用的研究工作;通訊作者為羅林保教授,主要從事新型高性能半導(dǎo)體光電子器件和光電集成方面的研究工作。
本文綜述基于InGaAs的激光雷達(dá)光電探測(cè)器的器件結(jié)構(gòu)、光電特性及InGaAs焦平面光電探測(cè)器在激光雷達(dá)探測(cè)領(lǐng)域的研究進(jìn)展,并探討后續(xù)激光雷達(dá)的發(fā)展方向,這對(duì)InGaAs在激光雷達(dá)方面的進(jìn)一步廣泛應(yīng)用有一定的指導(dǎo)意義。
InGaAs帶隙調(diào)控研究
InGaAs屬于直接帶隙半導(dǎo)體,是一種GaAs和InAs形成的III-V族混合固溶體,其晶格結(jié)構(gòu)為閃鋅礦立方晶格結(jié)構(gòu),禁帶寬度可調(diào),如圖1所示。通過(guò)調(diào)節(jié)兩種物質(zhì)的比例,使其禁帶寬度可從InAs的0.35 eV變到GaAs的1.42 eV,晶格常數(shù)從InAs的6.0583 ?變化至GaAs的5.6533 ?,目前已經(jīng)在(0.9~1.7) μm波段得到廣泛的應(yīng)用。InGaAs具有很多優(yōu)異的物理化學(xué)性能,例如電子遷移率高、穩(wěn)定性優(yōu)異等,這使其在電力電子器件和近紅外激光雷達(dá)探測(cè)方面具有廣泛的應(yīng)用前景。
圖1 In???Ga?As禁帶寬度及晶格常數(shù)與組分x關(guān)系圖
制備高性能光電器件的基礎(chǔ)保障是高質(zhì)量的材料,表1給出了InP、In?.??Ga?.??As、In???Ga?As在300 K的基本材料參數(shù)。為了解決晶格失配問(wèn)題,一般以InP材料作為襯底,在InP襯底上長(zhǎng)出高質(zhì)量的外延層。這時(shí)禁帶寬度約為0.75 eV,對(duì)應(yīng)截止波長(zhǎng)是1.7 μm,因此可以在1.5 μm波段發(fā)揮重要作用。在InGaAs光電探測(cè)器的制備過(guò)程中,采用技術(shù)有分子束外延技術(shù)(MBE)、金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)、液相外延技術(shù)(LPE)、氣相外延技術(shù)(VPE)等,其中比較常用的是MBE和MOCVD,成熟的InGaAs外延技術(shù)為InGaAs光電探測(cè)器的商業(yè)化奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
表1 InP、In?.??Ga?.??As、In???Ga?As的基本參數(shù)(300 K)
InGaAs光電探測(cè)器的結(jié)構(gòu)
從20世紀(jì)80年代開(kāi)始,國(guó)內(nèi)外研究者們紛紛研究InGaAs光電探測(cè)器的結(jié)構(gòu),總結(jié)起來(lái),主要分為3種,分別為InGaAs金屬-半導(dǎo)體-金屬光電探測(cè)器(MSM-PD)、InGaAs PIN光電探測(cè)器(PIN-PD)和InGaAs雪崩光電探測(cè)器(APD-PD)。不同結(jié)構(gòu)的InGaAs光電探測(cè)器制作流程及制作成本有顯著的區(qū)別,器件性能也存在較大差異。
InGaAs金屬-半導(dǎo)體-金屬光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖如圖2(a)所示,是基于肖特基結(jié)的一種特殊結(jié)構(gòu)。1992年,Shi等采用低壓金屬有機(jī)氣相外延技術(shù)(LP-MOVPE)生長(zhǎng)外延層并制備了InGaAs MSM光電探測(cè)器,該器件在1.3 μm波長(zhǎng)下具有高響應(yīng)度0.42 A/W,在1.5 V下暗電流低于5.6 pA/ μm2。1996年,zhang等采用氣相分子束外延(GSMBE)生長(zhǎng)InAlAs-InGaAs-InP外延層,InAlAs層顯示出高電阻率特性,通過(guò)X射線衍射法測(cè)量,優(yōu)化了生長(zhǎng)條件,使得InGaAs和InAlAs層的晶格失配在1×10?3范圍內(nèi)。從而優(yōu)化了器件性能,在10 V下暗電流低于0.75 pA/μm2,在5 V下快速瞬態(tài)響應(yīng)達(dá)16 ps。從整體來(lái)說(shuō),MSM結(jié)構(gòu)光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于集成,表現(xiàn)出較低的暗電流(pA量級(jí)),但是金屬電極會(huì)減小器件的有效光吸收面積,所以響應(yīng)度相對(duì)其他結(jié)構(gòu)較低。
InGaAs PIN光電探測(cè)器在P型接觸層與N型接觸層之間插入一層本征層,結(jié)構(gòu)如圖2(b)所示,使得耗盡區(qū)的寬度增大,從而輻射出更多電子-空穴對(duì),形成更大光電流,因此具有優(yōu)良的電子傳導(dǎo)性能。2007年,A.Poloczek等采用MBE生長(zhǎng)低溫緩沖層,改善了表面粗糙度,克服了Si和InP之間的晶格失配,使用MOCVD在InP襯底集成InGaAs PIN結(jié)構(gòu),該器件的響應(yīng)度約為0.57 A/W。2011年,陸軍研究實(shí)驗(yàn)室(ALR)使用PIN光電探測(cè)器,研究了一種用于小型無(wú)人地面車(chē)輛的導(dǎo)航、障礙物/碰撞避免和目標(biāo)檢測(cè)/識(shí)別短程的激光雷達(dá)成像儀,與低成本微波放大器芯片集成,顯著改善了InGaAs PIN光電探測(cè)器的信噪比。在此基礎(chǔ)上,2012年,ALR將這一激光雷達(dá)成像儀用于機(jī)器人,探測(cè)距離達(dá)50 m以上,分辨率提高到256 × 128。
InGaAs雪崩光電探測(cè)器是一種帶有增益的光電探測(cè)器,結(jié)構(gòu)如圖2(c)所示,電子-空穴對(duì)在倍增區(qū)內(nèi)部電場(chǎng)的作用下獲得足夠多的能量,從而與原子發(fā)生碰撞,產(chǎn)生新的電子-空穴對(duì),形成雪崩效應(yīng),使材料中的非平衡載流子成倍增加。2013年,George M使用MBE在InP襯底上生長(zhǎng)晶格匹配的InGaAs和InAlAs合金,利用合金成分、外延層厚度和摻雜的變化來(lái)調(diào)制載流子能量,最大限度地實(shí)現(xiàn)電致沖擊電離,同時(shí)最小化空穴電離。在等效輸出信號(hào)增益下,APD顯示出低噪聲和更低的暗電流。2016年,孫劍峰等在InGaAs雪崩光電探測(cè)器的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了一套1570 nm激光主動(dòng)成像實(shí)驗(yàn)平臺(tái),由APD光電探測(cè)器內(nèi)部電路接收回波并直接輸出數(shù)字信號(hào),使得整套裝置結(jié)構(gòu)緊湊,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2(d)、(e)所示。圖2(d)是成像目標(biāo)的實(shí)物照片,圖2(e)是三維距離像,可以明顯看出c區(qū)的窗戶區(qū),和a、b區(qū)有一定的縱深距離。該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了脈寬小于10 ns、單脈沖能量(1~3) mJ可調(diào),收發(fā)鏡頭視場(chǎng)角為2°,重復(fù)頻率為1 kHz,探測(cè)器占空比約60%。得益于APD的內(nèi)部光電流增益、快速響應(yīng)、緊湊尺寸、耐久性和低成本,APD光電探測(cè)器在探測(cè)率上可以比PIN光電探測(cè)器高一個(gè)數(shù)量級(jí),所以目前主流激光雷達(dá)主要以雪崩光電探測(cè)器為主。
圖2 (a)InGaAs MSM光電探測(cè)器結(jié)構(gòu);(b)InGaAs PIN光電探測(cè)器結(jié)構(gòu);(c)InGaAs雪崩光電探測(cè)器結(jié)構(gòu);(d)目標(biāo)圖片;(e)32×32像元APD圖像
整體來(lái)看,隨著國(guó)內(nèi)外InGaAs制備技術(shù)的飛速發(fā)展,已經(jīng)可以熟練地使用MBE、MOCVD、LPE等技術(shù)在InP襯底制備大面積高質(zhì)量的InGaAs外延層。InGaAs光電探測(cè)器表現(xiàn)出較低的暗電流和較高的響應(yīng)度,最低暗電流已低于0.75 pA/μm2,響應(yīng)度最大可達(dá)0.57 A/W,且具有較快的瞬態(tài)響應(yīng)(ps量級(jí))。未來(lái)InGaAs光電探測(cè)器發(fā)展會(huì)集中在以下兩個(gè)方面:(1)在Si襯底上直接生長(zhǎng)InGaAs外延層,目前市場(chǎng)微電子器件大部分都是Si基,后續(xù)InGaAs與Si基的集成發(fā)展是大勢(shì)所趨,解決晶格失配、熱膨脹系數(shù)差異等問(wèn)題,對(duì)于研究InGaAs/Si至關(guān)重要;(2)1550 nm波長(zhǎng)技術(shù)已經(jīng)成熟,延伸波長(zhǎng)(2.0~2.5) μm是未來(lái)的研究方向,隨著In 組分的增加,InP襯底與InGaAs外延層之間的晶格失配會(huì)導(dǎo)致更嚴(yán)重的位錯(cuò)和缺陷,因此需要優(yōu)化器件工藝參數(shù),減小晶格缺陷,降低器件暗電流。
單光子InGaAs光電探測(cè)器
隨著激光雷達(dá)的飛速發(fā)展,用于自動(dòng)車(chē)輛跟蹤成像技術(shù)的光探測(cè)技術(shù)和測(cè)距技術(shù)也有了更高的要求,傳統(tǒng)的弱光檢測(cè)技術(shù)中所用到的探測(cè)器的靈敏度和時(shí)間分辨率不能滿足實(shí)際需求。單光子是光不可分割的最小能量單元,具有單光子探測(cè)能力的探測(cè)器是弱光探測(cè)的最終工具。與InGaAs APD相比,基于InGaAs APD的單光子探測(cè)器具有更高的響應(yīng)速度、靈敏度和效率。因此,國(guó)內(nèi)外對(duì)于In‐GaAs APD單光子探測(cè)器展開(kāi)了一系列的研究。
意大利米蘭大學(xué)的研究人員首先在1997年開(kāi)發(fā)了一個(gè)二維模型模擬單光子雪崩光電探測(cè)器的瞬態(tài)行為,給出了單光子雪崩光電探測(cè)器的瞬態(tài)特性數(shù)值模擬結(jié)果。隨后在2006年,研究人員使用MOCVD制備了平面幾何結(jié)構(gòu)的InGaAs APD單光子探測(cè)器,通過(guò)減小反射層,增強(qiáng)異質(zhì)界面處電場(chǎng),將單光子探測(cè)效率提高到10%。2014年,進(jìn)一步通過(guò)改善鋅擴(kuò)散條件和優(yōu)化垂直結(jié)構(gòu),使得單光子探測(cè)器具有更高的探測(cè)效率,可達(dá)30%,實(shí)現(xiàn)約87 ps的定時(shí)抖動(dòng)。2016年,SANZARO M等將InGaAs APD單光子探測(cè)器與單片集成電阻器集成,設(shè)計(jì)了一種基于該探測(cè)器的緊湊型單光子計(jì)數(shù)模塊,并提出混合猝滅方法,顯著降低了雪崩電荷,從而降低了后脈沖和光串?dāng)_,將定時(shí)抖動(dòng)降低至70 ps。與此同時(shí),其他研究小組也相繼對(duì)InGaAs APD單光子探測(cè)器進(jìn)行了研究,如Princeton Lightwave公司采用平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了InGaAs/InPAPD單光子探測(cè)器并投入商用;上海技術(shù)物理研究所使用去除鋅堆積層,并利用電容平衡門(mén)脈沖模式測(cè)試了APD的單光子性能,當(dāng)脈沖頻率為1.5 MHz時(shí),暗計(jì)數(shù)為3.6 × 10 ??/ns pulse。Joseph P等設(shè)計(jì)了帶隙更寬的臺(tái)面結(jié)構(gòu)InGaAs APD單光子探測(cè)器,使用InGaAsP作為吸收層材料,在不影響探測(cè)效率的前提下,獲得了更低的暗計(jì)數(shù)。
InGaAs APD單光子探測(cè)器工作模式是自由運(yùn)轉(zhuǎn)模式,即APD在發(fā)生雪崩后需要外圍電路猝滅,并在猝滅一段時(shí)間后恢復(fù)。為了減小猝滅延遲時(shí)間帶來(lái)的影響,大概分為兩種類(lèi)型:一種是采用被動(dòng)猝滅或主動(dòng)猝滅電路實(shí)現(xiàn)猝滅,例如R T Thew等采用有源猝滅電路,圖3(a)、(b)是電子控制和主動(dòng)淬火電路及其與APD連接的簡(jiǎn)化示意圖,該電路已開(kāi)發(fā)為在選通或自由運(yùn)行模式下工作,顯著減少了先前無(wú)法實(shí)現(xiàn)的后脈沖問(wèn)題,而且在1550 nm的探測(cè)效率為10%,后脈沖概率降低到小于1%;第二種是依靠控制偏置電壓的高低實(shí)現(xiàn)快速猝滅和恢復(fù),由于不依賴雪崩脈沖的反饋控制,所以明顯減小了猝滅的延遲時(shí)間,提高了探測(cè)器的探測(cè)效率,例如L. C. Comandar等使用門(mén)控模式,制備了一種基于InGaAs/InPAPD的選通單光子探測(cè)器,單光子探測(cè)效率在1550 nm處超過(guò)55%,并且實(shí)現(xiàn)了7%的后脈沖概率。在此基礎(chǔ)上,中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)使用多模光纖同時(shí)耦合自由模式的InGaAs APD單光子探測(cè)器,搭建了激光雷達(dá)系統(tǒng),實(shí)驗(yàn)裝置如圖3(c)、(d)所示,實(shí)現(xiàn)了對(duì)高度為12 km的多層云的探測(cè),時(shí)間分辨率為1 s,空間分辨率為15 m。
圖3 (a)APD的電壓電流圖;(b)電子控制和主動(dòng)淬火電路及其與APD連接的簡(jiǎn)化示意圖;(c)自由運(yùn)行InGaAs/InP激光雷達(dá)實(shí)驗(yàn)裝置;(d)InGaAs/InP激光雷達(dá)實(shí)物照片
InGaAs焦平面光電探測(cè)器
近年來(lái),國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)在短波紅外InGaAs焦平面探測(cè)領(lǐng)域開(kāi)展了大量研究。國(guó)外對(duì)于InGaAs紅外焦平面器件的研究起步比較早,許多廠商都已經(jīng)擁有成熟的系列產(chǎn)品。例如作為行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者,美國(guó)SUI公司于2003年首次推出了高性能的焦平面探測(cè)器,2009年該公司在DARPA項(xiàng)目支持下做到640 × 512面陣,光敏元間距為20 μm,并且通過(guò)移除InP襯底,響應(yīng)波長(zhǎng)范圍拓寬到(0.4~1.7)μm,暗電流降低到2 nA/cm2。美國(guó)FLIR公司最大面陣現(xiàn)已達(dá)到1920 × 1280,主線產(chǎn)品覆蓋320 × 256、640 × 512和1280 × 1024等多種規(guī)格。美國(guó)Raytheon、Teledyne公司也掌握了中心距15 μm的1280 × 1024像元近紅外InGaAs焦平面技術(shù),并開(kāi)展10 μm光敏元的焦平面技術(shù)以及4英寸InGaAs晶圓制備技術(shù)的研究。現(xiàn)階段,除了美國(guó)在這方面的高速發(fā)展,其他國(guó)家也先后跟進(jìn)此技術(shù)的研究以及產(chǎn)品開(kāi)發(fā),比利時(shí)的XenICs公司已經(jīng)成功完成了中心距17 μm像元1280 × 1024規(guī)格的研究,德國(guó)IAF、加拿大Banpil公司、英國(guó)Photonic Science Limited、法國(guó)Sofradir、NIT公司、以色列SCD公司等也長(zhǎng)期致力于In‐GaAs焦平面探測(cè)器的研制和應(yīng)用。圖4(a)為美國(guó)FLIR公司FLIR A6260 短波紅外熱像儀,配備InGaAs 640 × 512像元焦平面探測(cè)器,圖4(b)為美國(guó)Teledyne公司線掃相機(jī)Linea SWIR 1 k,1024 × 1像元線列焦平面,圖4(c)是比利時(shí)的XenICs公司W(wǎng)ildcat 640,分辨率為640 × 512像素,最高幀頻可達(dá)220 Hz。
圖4 (a)美國(guó)FLIR A6260;(b)美國(guó)Teledyne Linea SWIR 1k;(c)比利時(shí)XenICsWildcat 640
國(guó)內(nèi)研究InGaAs焦平面探測(cè)器的機(jī)構(gòu)主要包括中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所、中國(guó)電子科技集團(tuán)44所、昆明物理研究所等。其中,中科院上海技術(shù)物理研究所在高靈敏度常規(guī)波長(zhǎng)(0.9~1.7) μm InGaAs焦平面、延伸波長(zhǎng)(1.0~2.5) μm InGaAs焦平面以及新型多功能InGaAs探測(cè)器取得了良好進(jìn)展。2006年,常規(guī)波長(zhǎng)InGaAs焦平面從256 × 1、512 × 1、800 × 2等小線列開(kāi)始,到2012年,研制了成像用30 μm中心距的320 × 256面陣,2017年研制出25 μm中心距的640 × 512面陣,到2018年已研制出15 μm中心距的1280 × 1024元焦平面探測(cè)器,研制的1280 × 1024元組件的平均峰值探測(cè)率達(dá)5.3× 1012 cm·Hz1/2/W,盲元率小于1%,非均勻性為6.4%,如圖5(a)所示。目前,中科院上海技物所已實(shí)現(xiàn)了800 × 2、320 × 256、640 × 512、1024 × 128、4000 × 128等多個(gè)規(guī)格的近紅外InGaAs探測(cè)器組件,并且已經(jīng)通過(guò)了相關(guān)可靠性試驗(yàn)。2006 年,中國(guó)電子科技集團(tuán)44 所首次發(fā)布了規(guī)格為128 × 128InGaAs焦平面光電探測(cè)器,40 μm中心距,2009 年,研制出320 × 256元,中心距30 μm的InGaAs焦平面,典型平均峰值探測(cè)率達(dá)5.0 × 1012 Jones水平,隨后在2015年、2016年,發(fā)布了規(guī)格為640 × 512焦平面探測(cè)器,并將中心距從25 μm減小到15 μm,如圖5(b)所示,中電44所已實(shí)現(xiàn)多種規(guī)格的產(chǎn)品供應(yīng)。
圖5 (a)中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所近紅外InGaAs焦平面探測(cè)器技術(shù)發(fā)展歷程;(b)中電44所InGaAs焦平面探測(cè)器技術(shù)發(fā)展歷程
InGaAs焦平面探測(cè)器技術(shù)優(yōu)越、性能優(yōu)良,已在激光雷達(dá)、軍用夜視等領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用,具有很高的應(yīng)用價(jià)值,如高識(shí)別度、強(qiáng)天氣適應(yīng)度,而且因?yàn)橐归g大氣輝光輻亮度主要分布在(1.0~1.8) μm的波段范圍內(nèi),所以InGaAs焦平面探測(cè)器在微光夜視中擁有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。未來(lái)InGaAs焦平面探測(cè)器的發(fā)展將會(huì)集中在以下幾個(gè)方面:首先,很多公司都擁有1280 × 1024規(guī)模的面陣,像元間距也減小到15 μm,未來(lái)會(huì)向著更大面陣和更長(zhǎng)線陣的大方向發(fā)展;其次,隨著紅外成像系統(tǒng)與功耗等要求的提高,非制冷型探測(cè)器已經(jīng)成為一個(gè)發(fā)展趨勢(shì),這要求器件在室溫下的暗電流噪聲越來(lái)越低;最后,對(duì)于InGaAs陣列來(lái)說(shuō),為了獲取更豐富、更精準(zhǔn)、更可靠的目標(biāo)信息,多波段工作將是未來(lái)趨勢(shì)。
商用InGaAs激光雷達(dá)光電探測(cè)器
目前InGaAs激光雷達(dá)行業(yè)內(nèi)主要的公司包括美國(guó)的Velodyne、Luminar、Aeva、Ouster,以色列的Innoviz、德國(guó)的Ibeo以及國(guó)內(nèi)的速騰聚創(chuàng),其中大部分品牌的激光雷達(dá)都采用了905 nm半導(dǎo)體激光器發(fā)射激光脈沖,Velodyne和Innoviz使用的就是905 nm。但是905 nm太接近人眼可見(jiàn)光譜,以至于限制了激光強(qiáng)度和激光功率,從長(zhǎng)遠(yuǎn)看,使用InGaAs的1550 nm激光雷達(dá)更具有優(yōu)勢(shì),1550 nm屬于人眼安全波長(zhǎng),可以增大功率,增加探測(cè)距離和點(diǎn)云分辨率,在空曠的區(qū)域可以看得更遠(yuǎn),在復(fù)雜的區(qū)域可以看得更寬,更適用于未來(lái)的無(wú)人駕駛或汽車(chē)輔助駕駛系統(tǒng)。在1550 nm激光雷達(dá)方面,Luminar是領(lǐng)軍人物,與此同時(shí),鐳神智能、華為和昂納科技也緊隨其后,并各自發(fā)布了自主研發(fā)的1550 nm激光雷達(dá)。
Luminar一直專(zhuān)注于研究高性能InGaAs接收器,可用于探測(cè)Luminar激光雷達(dá)系統(tǒng)所特有的波長(zhǎng)為1550 nm激光,并在2018年收購(gòu)了美國(guó)芯片設(shè)計(jì)商Black Forest Engineering。2020年,Luminar正式發(fā)布1550 nm激光雷達(dá)Iris,如圖6(a)所示,獲得了高于905 nm激光器40倍的激光脈沖強(qiáng)度。超強(qiáng)的功率使其激光雷達(dá)的探測(cè)范圍擴(kuò)大了10倍,最遠(yuǎn)可達(dá)600 m,分辨率提高了50倍。沃爾沃汽車(chē)宣布將搭載Luminar激光雷達(dá),改進(jìn)無(wú)人駕駛輔助系統(tǒng)。
國(guó)內(nèi)鐳神智能同樣開(kāi)始自主研發(fā)核心驅(qū)動(dòng)集成和接收端集成激光雷達(dá)專(zhuān)用芯片,人眼安全的混合固態(tài)激光雷達(dá)(λ = 1550 nm),目前,鐳神智能已針對(duì)汽車(chē)前裝市場(chǎng)開(kāi)發(fā)了LS21G混合固態(tài)激光雷達(dá),如圖6(b)所示,采用1550 nm光源,250 m處可探測(cè)到5%反射率的目標(biāo),視場(chǎng)角120° × 25°,擁有更好的測(cè)距性能和點(diǎn)云密度表現(xiàn)。
2020年7月,華為發(fā)布96線中長(zhǎng)距激光雷達(dá)產(chǎn)品,如圖6(c)所示。和Luminar類(lèi)似,96線中長(zhǎng)距激光雷達(dá)采用1550 nm激光,探測(cè)距離是150 m,大視野120° × 25°,可以實(shí)現(xiàn)城區(qū)行人車(chē)輛檢測(cè)覆蓋,更符合中國(guó)復(fù)雜路況下的場(chǎng)景。而且96線中長(zhǎng)距激光雷達(dá)采用多個(gè)發(fā)射和接收組件,成功地提高了有效距離和視場(chǎng)角,在目標(biāo)輪廓測(cè)量、角度測(cè)量、光照穩(wěn)定性、通用障礙物檢出等方面都具有極佳的能力。
2021年12月,昂納科技也發(fā)布了一款1550 nm激光雷達(dá)Dolphin。Dolphin是采用DTOF模式的混合固態(tài)激光雷達(dá),添加了實(shí)時(shí)自動(dòng)光學(xué)變焦功能,探測(cè)距離250 m,視野擴(kuò)大到120° × 30°,最高分辨率0.05°,各項(xiàng)性能均有所提高。
結(jié)束語(yǔ)
綜上所述,本文就InGaAs光電探測(cè)器器件結(jié)構(gòu)、InGaAs焦平面探測(cè)器、商用激光雷達(dá)的基本發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述。從結(jié)構(gòu)看,單光子光電探測(cè)器具有更高的響應(yīng)速度、更高的靈敏度和更高的效率,已經(jīng)成為激光雷達(dá)的首選。為了獲得豐富準(zhǔn)確的信息,焦平面陣列向著更大面陣和更長(zhǎng)線陣的方向飛速發(fā)展。目前,InGaAs 1550 nm激光雷達(dá)主要應(yīng)用于汽車(chē)行業(yè)無(wú)人駕駛和服務(wù)行業(yè)智能機(jī)器人,智能化已經(jīng)成為汽車(chē)行業(yè)的重要發(fā)展趨勢(shì),但是技術(shù)上還需要進(jìn)一步優(yōu)化,高成本也是限制激光雷達(dá)發(fā)展的一大障礙。從短期看,需要盡快提高激光雷達(dá)產(chǎn)品性能,在穩(wěn)定、安全等方面提出了更高要求;從長(zhǎng)期看,降低成本和增加量產(chǎn)規(guī)模,是激光雷達(dá)商業(yè)化不得不解決的問(wèn)題。總之,激光雷達(dá)應(yīng)用價(jià)值顯著,具有廣闊的應(yīng)用前景,在無(wú)人化、智能化方面發(fā)揮著無(wú)可替代的作用。
審核編輯:劉清
-
接收器
+關(guān)注
關(guān)注
14文章
2468瀏覽量
71875 -
激光雷達(dá)
+關(guān)注
關(guān)注
968文章
3968瀏覽量
189830 -
無(wú)人駕駛
+關(guān)注
關(guān)注
98文章
4054瀏覽量
120448 -
光電探測(cè)器
+關(guān)注
關(guān)注
4文章
266瀏覽量
20491
原文標(biāo)題:綜述:InGaAs近紅外激光雷達(dá)光電探測(cè)器研究進(jìn)展
文章出處:【微信號(hào):MEMSensor,微信公眾號(hào):MEMS】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。
發(fā)布評(píng)論請(qǐng)先 登錄
相關(guān)推薦
評(píng)論