用于車載激光雷達(dá)的940nm耐高溫105°C芯片與光纖耦合泵浦模塊

泵浦模塊

度亙核芯成功開發(fā)用于車載激光雷達(dá)的940nm耐高溫半導(dǎo)體激光芯片和光纖耦合泵浦模塊，并通過了嚴(yán)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(yōu)點的符合車規(guī)要求的940nm光纖耦合泵浦模塊。

圖1：用于車載激光雷達(dá)的高性能940nm光纖耦合泵浦模塊

應(yīng)用背景：

在車載激光雷達(dá)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(fā)射更高的激光功率以達(dá)到更高的測距靈敏度；并且該波長遠(yuǎn)離太陽紅外背景光，因此具有高的抗干擾能力，能夠?qū)崿F(xiàn)更遠(yuǎn)距離的傳感探測。1550 nm的光纖激光器作為激光雷達(dá)光源已逐漸成為無人駕駛、車輛安全預(yù)警、測距、測風(fēng)等激光雷達(dá)的重要技術(shù)方案之一，是目前激光雷達(dá)領(lǐng)域的技術(shù)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(xiàn)1550nm激光雷達(dá)應(yīng)用的主要技術(shù)途徑，能夠充分滿足激光雷達(dá)對高峰值功率、短脈沖、高光束質(zhì)量的要求。

技術(shù)難點：

1. 芯片的極高溫度工作要求：對940nm半導(dǎo)體激光芯片要求有極好的溫度特性，能夠?qū)崿F(xiàn)≥105℃高溫環(huán)境下的高功率穩(wěn)定可靠工作；
2. 車規(guī)級可靠性：滿足車規(guī)對感知元件的性能和安全要求，對產(chǎn)品的設(shè)計和工藝具有極高的要求；
3. 嚴(yán)苛的環(huán)境適應(yīng)性：由于車載環(huán)境的復(fù)雜性，產(chǎn)品需在苛刻的震動沖擊、高低溫環(huán)境下實現(xiàn)穩(wěn)定工作。

開發(fā)成果：

基于度亙核芯全鏈條的芯片研發(fā)與生產(chǎn)平臺，圍繞性能及可靠性難點問題進(jìn)行攻關(guān)，成功開發(fā)了高性能940nm半導(dǎo)體激光芯片。并且針對車規(guī)級應(yīng)用需求，進(jìn)行了光纖耦合模塊的設(shè)計優(yōu)化，25℃下，12A輸出功率大于12W，10W功率下耦合模塊的電光轉(zhuǎn)換效率高達(dá)60%，在極高溫度105℃環(huán)境條件下，仍然可以穩(wěn)定實現(xiàn)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(jīng)過了20G加速度、20-2000HZ頻率的機(jī)械振動測試，同時經(jīng)過了500G加速度的機(jī)械沖擊測試，測試之后模塊無松動變形等現(xiàn)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(yīng)用的可靠性需求。

在環(huán)境適應(yīng)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(huán)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(dá)系統(tǒng)的有源光纖離子吸收窗口內(nèi)，可確保激光雷達(dá)系統(tǒng)在大溫度范圍的苛刻環(huán)境下的正常工作，具有極強(qiáng)的溫度適用性。

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

針對車規(guī)級1550nm激光雷達(dá)應(yīng)用的940nm泵浦模塊需求，度亙核芯自主開發(fā)了高性能及高可靠性的940nm半導(dǎo)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(huán)境溫度下，模塊輸出功率高于7W，產(chǎn)品各項指標(biāo)滿足車規(guī)級應(yīng)用要求。此外，度亙核芯在工藝過程控制、可靠性驗證等環(huán)節(jié)建立了完善的質(zhì)量管理體系，具備車規(guī)級940nm泵浦模塊的批量生產(chǎn)和供貨能力。