用于车载激光雷达的940nm耐高温105°C芯片与光纤耦合泵浦模块

泵浦模块

度亘核芯成功开发用于车载激光雷达的940nm耐高温半导体激光芯片和光纤耦合泵浦模块，并通过了严格的性能与可靠性测试，正式推出具有小体积、高抗反、耐高温、耐低温等优点的符合车规要求的940nm光纤耦合泵浦模块。

 

图1：用于车载激光雷达的高性能940nm光纤耦合泵浦模块

 

应用背景：

在车载激光雷达工作波长的选择方面，相对于905nm等波长，1550 nm波长的人眼安全阈值更高，可以发射更高的激光功率以达到更高的测距灵敏度；并且该波长远离太阳红外背景光，因此具有高的抗干扰能力，能够实现更远距离的传感探测。1550 nm的光纤激光器作为激光雷达光源已逐渐成为无人驾驶、车辆安全预警、测距、测风等激光雷达的重要技术方案之一，是目前激光雷达领域的技术热点。

目前，940nm光纤耦合模块泵浦1550nm光纤激光器的方案是实现1550nm激光雷达应用的主要技术途径，能够充分满足激光雷达对高峰值功率、短脉冲、高光束质量的要求。

 

技术难点：

1. 芯片的极高温度工作要求：对940nm半导体激光芯片要求有极好的温度特性，能够实现≥105℃高温环境下的高功率稳定可靠工作；
2. 车规级可靠性：满足车规对感知元件的性能和安全要求，对产品的设计和工艺具有极高的要求；
3. 严苛的环境适应性：由于车载环境的复杂性，产品需在苛刻的震动冲击、高低温环境下实现稳定工作。

 

开发成果：

基于度亘核芯全链条的芯片研发与生产平台，围绕性能及可靠性难点问题进行攻关，成功开发了高性能940nm半导体激光芯片。并且针对车规级应用需求，进行了光纤耦合模块的设计优化，25℃下，12A输出功率大于12W，10W功率下耦合模块的电光转换效率高达60%，在极高温度105℃环境条件下，仍然可以稳定实现高于7W的功率输出。

图2：940nm光纤耦合泵浦模块的典型光电特性曲线（25℃ & 105℃）

在可靠性方面，该激光泵浦模块经过了20G加速度、20-2000HZ频率的机械振动测试，同时经过了500G加速度的机械冲击测试，测试之后模块无松动变形等现象，并且振动冲击前后工作电流 Iop变化均值仅为1.2%，完全满足应用的可靠性需求。

 

在环境适应性方面，该泵浦模块具有良好的耐高温、耐低温特性。在-40℃到110℃的500次高低温循环测试中，工作电流 Iop变化率均值为-0.2%。模块在极端温度-60℃及105℃温度下测试的波长分别为915.3nm、972.6nm，完全处于1550nm激光雷达系统的有源光纤离子吸收窗口内，可确保激光雷达系统在大温度范围的苛刻环境下的正常工作，具有极强的温度适用性。

图3：不同温度下（-60°C、25°C、105°C）光纤耦合模块的光谱测试曲线

针对车规级1550nm激光雷达应用的940nm泵浦模块需求，度亘核芯自主开发了高性能及高可靠性的940nm半导体激光芯片及光纤耦合模块。25℃，12A下模块输出功率高于12W，105℃环境温度下，模块输出功率高于7W，产品各项指标满足车规级应用要求。此外，度亘核芯在工艺过程控制、可靠性验证等环节建立了完善的质量管理体系，具备车规级940nm泵浦模块的批量生产和供货能力。