5、自动驾驶用ToF LiDAR的激光源与发射器

自动驾驶用ToF LiDAR的激光源与发射器

1 激光雷达发射器概述

激光雷达作为一种主动测距方法，其发射器会发射具有特定调制类型、功率、波长、光束发散角和重复率的激光信号，这些因素直接决定了测量距离、信噪比（SNR）和测量精度。发射器的核心是激光二极管，它能将电子转化为光子，并在近红外区域发射激光。驱动电路则为激光二极管提供所需电流，并控制激光信号的发射。这种主动探测特性使得激光雷达在黑暗环境中无需自然或人工光源的帮助也能正常工作。

2 半导体激光器基础

2.1 半导体激光器结构

半导体激光二极管是应用最广泛的激光源，因其成本低、紧凑性高。它由光学增益介质和两个反射器（镜子）组成光学谐振腔。光学谐振腔围绕增益介质，为内部光波提供反馈。光子在增益介质中产生，电子吸收入射辐射。

2.2 激光产生过程

• 自发发射 ：半导体材料中的电子自然倾向于先填充低能级，高能级基本为空。当增益介质通过光或电泵浦时，电子从低能级被激发到高能级。由于高能级不如低能级稳定，激发的电子以光子形式辐射能量回到低能级，此过程中发射光子的方向和相位是随机的。
• 受激发射 ：产生的光子在谐振腔内往返传播，腔内光多次反射，通过增益介质时，刺激电子去激发并产生额外光子，从而使光得到放大而非吸收，并在特定共振频率产生驻波。驻波模式分为纵向模式和横向模式，纵向模式仅频率不同，横向模式不仅频率不同，光束横截面的强度模式也不同。

2.3 激光振荡条件

激光振荡需要满足三个条件：高光学增益、