瑞波光电日前推出具备自主核心技术的新一代3J和4J的低温漂65W、135W、165W 905nm芯片系列,波长随温度变化系数小于0.09nm/K,部分型号达到0.06nm/K,在温度漂移特性已经接近甚至优于VCSEL,实现了国产905nm EEL芯片的重大技术突破,填补了国内空白,同时削弱了VCSEL的竞争优势。
瑞波公司新一代905芯片系列有四个特点:
温漂系数低,即波长随温度的变化率低。一般市面上905nm的EEL激光器,波长随温度变化率在0.28nm/ K,而瑞波新一代65W、135W、165W 905nm芯片系列的温漂系数小于0.09nm/K,部分型号的温漂系数为0.06nm/K。光源本身的波长变化率越小,探测器的带通滤波器的波长范围就可以设置得更窄,对于激光雷达整体的抗噪性能和测量精度的提高都有很大帮助。
功率密度高、功率高。在3J 65W等级产品里面实现了110μm业界超窄的发光线宽,在3J 135W和4J 165W等级实现220μm业界超窄的发光线宽,有助于支持实现长距离测距和高精度测距。激光器本身的发光尺寸越窄,经过透镜之后得到的平行光斑就越小,光斑中心部分光强就越强,可以打得更远,测的精度也越高。3J芯片和4J芯片的斜率效率分别达到了3.5W/A和4.5W/A, 其中新一代4J芯片实现了量产芯片里最高的输出功率165W。
快轴和慢轴发散角得到优化。瑞波公司新一代905nm芯片快轴发散角为22o,慢轴发散角为10 o,而常规905nm芯片的快轴发散角通常为30o,慢轴发散角17 o,这样意味经过准直后的实际等效功率密度会得到大大提升。
高温下功率稳定性全球最佳。瑞波公司新一代905nm芯片在环境温度从25变化到125摄氏度,功率变化量小于30%,而该指标的行业普遍水平为40-50%。高温下功率稳定意味着高热负载下功率稳定。据评估,瑞波芯片在500KHz高重频下仍然有优秀的输出功率。
“我们认为激光雷达中的EEL和VCSEL技术,属于既竞争又补充的关系,就像VCSEL在不断提升光功率密度一样,EEL也在不断优化温漂特性、发散角特性等性能,同时不断降低成本,瑞波光电一直致力于开发高性能的EEL芯片,在保持高功率密度的前提下,不断提升光学性能和温度特性,为激光雷达的设计带来系统性革新。”深圳瑞波光电子有限公司市场负责人于占涛表示。
“EEL相比VCSEL的最大技术优势是光功率密度非常高,比VCSEL至少高1个数量级。目前瑞波光电开发的905nm EEL芯片的功率密度可以达到50KW2,而当前VCSEL通过多结工艺将功率密度最高提升到2KW2,但仍与EEL有很大的差距。”
从上述表中我们可以发现,多结VCSEL相比低温漂EEL,仍存在功率密度的短板,且低温漂优势被追平,EEL可将温漂降系数低到0.06nm/K甚至更低,VCSEL仅剩低成本、二维特性方面的优势,但是EEL仍可以通过性能改进和规模化制造,抵消VCSEL的优势。例如EEL可以通过规模效应和自动化制造技术将成本降低至VCSEL同等级别;EEL可以通过封装实现二维可寻址阵列;新一代EEL的快轴发散角宽度已经比上一代减少1/3,未来还有改善的空间;同时EEL有个优势是偏振态固定,而VCSEL的偏振态比较随机、影响测距的精度。另外,VCSEL阵列在高功率输出的同时工作电流需要达到数百A,这也对驱动电源形成很大的挑战。