Lasersender

Der Lasersender ist eine kritische Unterkomponente eines LiDAR-Sensorsystems (Light Detection and Ranging). Seine Hauptfunktion besteht darin, kohärente, hochintensive Laserlichtimpulse zu erzeugen, die dann in die Umgebung ausgesendet werden. Das ausgesendete Licht wird von Objekten reflektiert, und die zurückkehrenden Signale werden vom Empfänger des Sensors erfasst, um präzise Entfernungen zu berechnen und detaillierte 3D-Karten der Umgebung zu erstellen. Diese Komponente wird typischerweise in Automobil-, Industrie- und Vermessungsanwendungen eingesetzt, bei denen eine genaue räumliche Wahrnehmung erforderlich ist. Der Sender wandelt elektrische Energie in optische Impulse um, wobei Wellenlänge, Spitzenleistung, Pulsbreite und Wiederholrate Schlüsselparameter sind, die die Leistung des Sensors beeinflussen. Beispielsweise ist eine Wellenlänge von 905 nm üblich, während 1550 nm für verbesserte Augensicherheit verfügbar ist. Die Spitzenleistung reicht von 20 bis 75 Watt, wobei höhere Leistung die Reichweite erhöht, aber die Augengefahr erhöht. Die Pulsbreite beträgt typischerweise 5 bis 10 Nanosekunden, wobei kürzere Pulse die Auflösung verbessern. Die Wiederholrate liegt zwischen 10 und 100 kHz und beeinflusst die Punktdichte. Die Strahldivergenz wird zwischen 0,1 und 0,5 Milliradiant kontrolliert, um die Winkelauflösung zu verbessern. Der Sender ist für einen Betriebstemperaturbereich von -40 bis 85 °C ausgelegt, mit Lagerung von -40 bis 105 °C und relativer Luftfeuchtigkeit von 5 bis 95 % ohne Kondensation. Er ist mit Schutzarten von IP54 bis IP67 gemäß IEC 60529 erhältlich und gemäß IEC 60825-1 als Laserklasse 1 für Augensicherheit eingestuft. Das Gewicht der Komponente variiert zwischen 5 und 20 Gramm, und die Abmessungen (Durchmesser des TO-Gehäuses) reichen von 5,6 bis 12,0 mm. Zu den Materialien gehören typischerweise Halbleitermaterialien wie Galliumarsenid, optisches Glas und ein Aluminiumgehäuse. Bei der Auswahl eines Lasersenders ist es wichtig, modellspezifische Werte und Normen mit dem rechtlichen Hersteller oder Lieferanten zu verifizieren, da diese Spezifikationen Referenzbereiche sind und je nach Anwendung variieren können.

Der Sender verwendet typischerweise eine Laserdiode oder einen Faserlaser. Ein elektrischer Strom wird an die Laserquelle angelegt, was die Emission von Photonen stimuliert. Dieses Licht wird dann durch optische Elemente (wie Linsen) kollimiert und gerichtet, um einen kontrollierten Strahl zu bilden. Das System wird mit hohen Frequenzen gepulst, wobei die präzise Zeitsteuerung von der Verarbeitungseinheit des LiDAR gesteuert wird, um ausgesendete Pulse mit zurückkehrenden Echos zu korrelieren. Die Betriebsspannung beträgt typischerweise 3,3 bis 5 V Gleichspannung, und die Treiberschaltung muss so ausgelegt sein, dass sie die Spitzenstromanforderungen bewältigt. Die Strahldivergenz wird minimiert, um eine genaue Zielerfassung zu gewährleisten, und die Pulseigenschaften werden für die gewünschte Reichweite und Auflösung optimiert. Die Leistung des Senders wird durch die Temperatur beeinflusst, daher kann für erweiterte Reichweiten ein Wärmemanagement erforderlich sein, möglicherweise mit einem thermoelektrischen Kühler (TEC). Die Schnittstelle der Komponente umfasst elektrische Verbindungen für Strom und Steuersignale und muss in die optischen und mechanischen Systeme des LiDAR integriert werden.