VCSEL激光LiDAR

朋友們，今年7月中旬完更的吉時利經典之作《低電平測量手冊》46集音頻，你聽了么？從8月開始，吉時利熱門應用案例的技術干貨也接踵而至，希望能讓大家對手冊上知識點的認識更為深刻，第一期為VCSEL激光LiDAR測試方案，開始學習吧！

隨著激光雷達成為自動駕駛汽車的必備，越來越多的企業加入對激光雷達的新應用開發和對先進技術的追求，核心傳感器成為科技企業的戰略重地，特別是組成固態車載雷達的主體VCSEL激光LiDAR成為必爭之地。新的VCSEL激光LiDAR需求中，既有遠程測距的高功率雷達，也有替代紅外與超聲波等環境感知傳感器的普通VCSEL激光LiDAR。

在遠程測距方面，超遠程測距由于留給自動駕駛的機器判別時間較長，仍然可以采用雙攝像頭視覺傳感器和毫米波LiDAR來完成；在150~250M安全避障距離內，DTOF VCSEL激光LiDAR傳感器由于機器計算時間少，硬件反應速度更快，硬件可靠性更高、集成難度更低，體積更小，正在成為行業共同突破的重點。除了可以測距之外，VCSEL激光LiDAR還有“識物”的功能。在近距離的低速強制避障部分，合理布局的DTOF VCSEL激光LiDAR傳感器能夠快速無盲區地連續生成3D環境地圖，是目前理想的無風險避障措施。

對于DTOF VCSEL激光LiDAR傳感器，VCSEL在窄脈沖（通常是納秒量級）情況下的峰值功率、工作電流、工作電壓、轉化效率、近遠場光學特性等參數對于芯片供應商、封裝服務商、模組集成商等都非常重要。

從VCSEL陣列測試到

吉時利源表、電流計

幾乎所有現代的激光都由激光二極管產生，這里不得不提到目前光電行業里最炙手可熱的名詞：VCSEL （Vertical Cavity Surface Emitting Laser）垂直腔面發射激光器，它屬于面發射激光器的一種。業界預測VCSEL的產量在未來幾年因光通訊、手機3D攝像頭、汽車自動駕駛等新興應用，LiDAR應用呈爆發式增長：

1

類半導體制程可直接在Wafer上完成工藝制作與測試，成本低廉，適于大規模商用。

2

相比邊沿發生激光器，VCSEL可集成為2D陣列，適用不同光功率和傳輸距離的應用。

3

波長穩定，尤其是環境溫度對光波長的影響小。

4

光斑窄且圓、閾值電流小，功耗低。

VCSEL和VCSEL陣列，以及各類激光二極管的標準檢測有很多重要參數要測量，來表征一個激光器的LIV （光-電流-電壓）特性。其中一項是激光器發光功率的測量。依據ANSI美國國家激光安全標準規定，各波長的激光有對應的功率輸出上限，以保護人體尤其人眼安全。而近紅外光激光應用于3D人臉識別、注視感知，實現真正的大規模商用，使用者的安全是第一要素。因此，VCSEL陣列的光功率測試在Face ID的量產測試中變得至關重要，必不可少。

泰克旗下的Keithley 品牌的源表（SMU）和高精度高采樣萬用表（DMM）是光電行業VCSEL激光器、各類激光二極管、光電二極管、二極管等光學器件的行業測試標準。隨著科技的日新月異，新的測試挑戰也層出不窮，泰克科技的測試儀器也與時俱進，參與到最先進的未來科技Face ID的測試中。

圖1. 典型的激光器光功率測試原理

使用吉時利的源表和采樣電流計搭建標準的激光器光功率測試系統：源表作為精密的電流脈沖源，驅動激光器發出不同波長的激光，激光通過特制的積分球進行收光和光電轉換，然后使用采樣電流計進行超小電流的快速采樣，來精準測算激光器發出的激光功率。經典的測試原理，還要結合測試儀器卓越的性能和指標才能夠完成一個復雜而挑戰的測試系統的搭建。

柯泰發布基于TOF技術的

3D傳感VCSEL陣列測試

基于目前無源VCSEL陣列的TR/TF評價性測試的現狀，綜合考慮測試的通用性、便捷性和可重復性，泰克合作伙伴柯泰測試研制了基于通用驅動器和通用儀器的測試系統。

圖2. 柯泰基于TOF技術的3D傳感VCSEL陣列測試系統

使用該測試系統的主要目標場景包括：3D傳感模組研發、陣列模組封裝測試、3D傳感系統廠商來料檢測和故障分析、VCSEL芯片性能評估。CTA-LTC1激光器測試臺適用于實驗室環境，提供了驅動器固定、PD定位、濾光片切換、遮光、電纜連接等多種結構，能快速實現實驗環境搭建。其外觀尺寸為330mm x 330mm x 600mm（不含支撐腳）。

柯泰測試系統中提供的通用驅動板需要通過細致調諧方可和被測件配合得到最佳TR/TF結果。柯泰測試提供了KTS-TRTF-A01自動測試軟件可完成這個細膩而繁瑣的工作。基于對測試儀器的專業理解和測試方法的深入分析，柯泰選擇最佳的儀表組合，并輔以細致的觸發方式、采樣方式和測量參數設置，讓用戶僅需提供工作點相關掃描范圍，軟件即可將最佳工作點推薦值以列表方式呈現。

DTOF系統的VCSEL窄脈沖

LIV和近遠場測試

柯泰測試結合產業界需求和自身知識經驗，推出了指標領先的窄脈沖測試方案，覆蓋窄脈沖LIV、近場光學測試和遠場光學測試。這一系統的主要目標場景包括：

■VCSEL芯片性能評估和壓力測試

■陣列模組封裝測試

■3D傳感模組研發

■3D傳感系統廠商來料檢測和故障分析

圖3. 窄脈沖LIV壓力測試示例

圖4. 近場測試

圖5. 遠場測試

測試系統的主要特點

■使用定制的測試治具，實現非破壞性的快速測試；

■使用通用測試儀器，測試條件可控性和重復性優于傳統定制系統，系統中的儀器亦可在其它測試中使用，通用性好；

■集成測試臺，提高系統搭建效率；

■一鍵式自動化測試軟件，自動掃描工作點，提高工作效率；

■可根據需要替換測試系統組件，從而實現更高的測試要求。

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原文標題：干貨分享 | VCSEL激光LiDAR成自動駕駛汽車必備，測試給未來更強保障

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