在光學雷達(LiDAR)系統發射器中，1,550nm光纖雷射發射器功率大，光束品質好，擁有更高的人眼安全臨界值。905nm邊射型半導體雷射發射器使用砷化鎵銦(InGaAs)/GaAs材料，成本低且技術成熟(表1)。
再從適配兩個波長的探測器角度考量，使用1,550nm光纖雷射發射器的光學雷達系統無法搭配常規的矽探測器，而需要用到更加昂貴的InGaAs探測器，因此在價格上較使用905nm光學雷達系統會更為昂貴。即便拋開成本因素，就探測效率、反應速度、工作溫度範圍多方面而言，針對905nm的矽探測器也具有明顯優勢(表2)。由於發射器和探測器方面的優勢，使用905nm邊射型雷射發射器的光學雷達系統已然在市場中占據主導地位，成為大多數光學雷達廠商理想的選擇之一。
波長穩定技術暨優勢
雷射發射器發射一定波長的訊號光到達周圍環境，經環境反射後的訊號光由探測器捕捉接收，隨後進行訊號處理，實現測距和測繪，這便是光學雷達系統的基本工作原理。其中使用光學濾波片將非訊號波段過濾，只允許包含訊號光的波段到達探測器，對於提高訊噪比進而提升光學雷達靈敏度尤為重要。允許訊號光通過的頻寬越寬，意謂著同樣頻寬的背景雜訊(主要來自太陽輻射)也會到達探測器，影響訊噪比。如果能將訊號光的波長在光學雷達的工作溫度範圍內限制在比較小的區間，則可有效縮窄探測器端的光學濾波片頻寬，大幅提升訊噪比。
傳統的邊射型雷射發射器雖然在功率密度等關鍵參數上有著無可比擬的優勢，但較大的波長隨溫度飄移係數在部分應用上受限。在-20°C到+125°C的工作溫度範圍內，波長飄移約40nm，再加上雷射發射器本身的波長產出分布有約+/-10nm的範圍，如不使用額外的控溫設計，接收端光學濾光片頻寬應至少保持60nm寬度，以便訊號的有效接收和利用(圖1)。
有業者如艾邁斯歐司朗(ams OSRAM)的最新研發，便使用905nm邊射型雷射發射器的波長穩定技術，實現了雷射發射器在-20°C到+125°C的工作溫度範圍內波長飄移僅在10nm，相比於目前的技術，波長飄移降低至原來的1/4。再加上生產製程的不斷優化，波長產出分布由原來的+/-10nm提升到+/-7nm，進一步壓縮發射端雷射發射器的波長波動範圍。在不加任何控溫設計的情況下，即可將接收端光學濾波片頻寬縮小至24nm(圖2)。
新的波長穩定技術還將為光學雷達系統帶來多個優勢，進一步為光學雷達賦能。在光學雷達保持同樣的輸出功率不變的情況下，如果光學濾波片頻寬可以減少50%，光學雷達測距範圍將可增加約15%到30%。換個角度來講，如保持相同的目標探測距離，在波長穩定技術的加持下，可實現以更低的功率驅動雷射發射器，預計檢測相同目標所需的雷射功率將比現有雷射技術降低25%~40%，有效降低耗能，大幅提高光學雷達工作效能。
運用新波長穩定技術的傳統雷達系統可透過精簡熱電冷卻器(TEC)等控溫元件而減輕自身體積、重量以及成本，為汽車設計預留更多想像的空間。除此之外還可以雷射發射器的光譜優化光電探測器的回應曲線以提高回應度和效率，進一步提升整個雷達系統的靈敏度以及整體性能。若使用新波長穩定技術，可以更易於協助合作廠商完成一台性能與性價比兼具，且滿足人眼安全需求。因此可導入905nm的光學雷達，協助合作夥伴在日趨激烈的競爭中脫穎而出。
(本文作者為艾邁斯歐司朗系統解決方案工程經理)
