作者：泰克科技
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隨著激光雷達(dá)成為自動(dòng)駕駛汽車(chē)的必備，越來(lái)越多的企業(yè)加入對(duì)激光雷達(dá)的新應(yīng)用開(kāi)發(fā)和對(duì)先進(jìn)技術(shù)的追求，核心傳感器成為科技企業(yè)的戰(zhàn)略重地，特別是組成固態(tài)車(chē)載雷達(dá)的主體VCSEL激光LiDAR成為必爭(zhēng)之地。新的VCSEL激光LiDAR需求中，即有遠(yuǎn)程測(cè)距的高功率雷達(dá)，也有替代紅外與超聲波等環(huán)境感知傳感器的普通VCSEL激光LiDAR。
在遠(yuǎn)程測(cè)距方面，超遠(yuǎn)程測(cè)距由于留給自動(dòng)駕駛的機(jī)器判別時(shí)間較長(zhǎng)，仍然可以采用雙攝像頭視覺(jué)傳感器和毫米波LiDAR來(lái)完成；在150～250M安全避障距離內(nèi)，DTOF VCSEL激光LiDAR傳感器由于機(jī)器計(jì)算時(shí)間少，硬件反應(yīng)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(yè)共同突破的重點(diǎn)。除了可以測(cè)距之外，VCSEL激光LiDAR還有“識(shí)物”的功能。在近距離的低速?gòu)?qiáng)制避障部分，合理布局的DTOF VCSEL激光LiDAR傳感器能夠快速無(wú)盲區(qū)地連續(xù)生成3D環(huán)境地圖，是目前理想的無(wú)風(fēng)險(xiǎn)避障措施。
對(duì)于DTOF VCSEL激光LiDAR傳感器，VCSEL在窄脈沖（通常是納秒量級(jí)）情況下的峰值功率、工作電流、工作電壓、轉(zhuǎn)化效率、近遠(yuǎn)場(chǎng)光學(xué)特性等參數(shù)對(duì)于芯片供應(yīng)商、封裝服務(wù)商、模組集成商等都非常重要。
從VCSEL 陣列測(cè)試到吉時(shí)利源表、采樣電流計(jì)
幾乎所有現(xiàn)代的激光都由激光二極管產(chǎn)生，這里不得不提到目前光電行業(yè)里最炙手可熱的名詞： VCSEL （Vertical Cavity Surface Emitting Laser）垂直腔面發(fā)射激光器，它屬于面發(fā)射激光器的一種。業(yè)界預(yù)測(cè)VCSEL的產(chǎn)量在未來(lái)幾年因光通訊、手機(jī)3D攝像頭、汽車(chē)自動(dòng)駕駛等新興應(yīng)用，LiDAR應(yīng)用呈爆發(fā)式增長(zhǎng)：
1） 類(lèi)半導(dǎo)體制程可直接在Wafer上完成工藝制作與測(cè)試，成本低廉，適于大規(guī)模商用。
2） 相比邊沿發(fā)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(yīng)用。
3） 波長(zhǎng)穩(wěn)定，尤其是環(huán)境溫度對(duì)光波長(zhǎng)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(lèi)激光二極管的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)有很多重要參數(shù)要測(cè)量，來(lái)表征一個(gè)激光器的LIV （光－電流－電壓）特性。其中一項(xiàng)是激光器發(fā)光功率的測(cè)量。依據(jù)ANSI美國(guó)國(guó)家激光安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，各波長(zhǎng)的激光有對(duì)應(yīng)的功率輸出上限，以保護(hù)人體尤其人眼安全。而近紅外光激光應(yīng)用于3D人臉識(shí)別、注視感知，實(shí)現(xiàn)真正的大規(guī)模商用，使用者的安全是第一要素。因此，VCSEL陣列的光功率測(cè)試在Face ID的量產(chǎn)測(cè)試中變得至關(guān)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(wàn)用表（DMM）是光電行業(yè)VCSEL激光器、各類(lèi)激光二極管、光電二極管、二極管等光學(xué)器件的行業(yè)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。隨著科技的日新月異，新的測(cè)試挑戰(zhàn)也層出不窮，泰克科技的測(cè)試儀器也與時(shí)俱進(jìn)，參與到最先進(jìn)的未來(lái)科技Face ID的測(cè)試中。
圖5． 典型的激光器光功率測(cè)試原理
使用吉時(shí)利的源表和采樣電流計(jì)搭建標(biāo)準(zhǔn)的激光器光功率測(cè)試系統(tǒng)：源表作為精密的電流脈沖源，驅(qū)動(dòng)激光器發(fā)出不同波長(zhǎng)的激光，激光通過(guò)特制的積分球進(jìn)行收光和光電轉(zhuǎn)換，然后使用采樣電流計(jì)進(jìn)行超小電流的快速采樣，來(lái)精準(zhǔn)測(cè)算激光器發(fā)出的激光功率。經(jīng)典的測(cè)試原理，還要結(jié)合測(cè)試儀器卓越的性能和指標(biāo)才能夠完成一個(gè)復(fù)雜而挑戰(zhàn)的測(cè)試系統(tǒng)的搭建。
柯泰發(fā)布基于TOF技術(shù)的3D傳感VCSEL陣列測(cè)試
基于目前無(wú)源VCSEL陣列的TR／TF評(píng)價(jià)性測(cè)試的現(xiàn)狀，綜合考慮測(cè)試的通用性、便捷性和可重復(fù)性，泰克合作伙伴柯泰測(cè)試研制了基于通用驅(qū)動(dòng)器和通用儀器的測(cè)試系統(tǒng)。
圖6：柯泰基于TOF技術(shù)的3D傳感VCSEL陣列測(cè)試系統(tǒng)
使用該測(cè)試系統(tǒng)的主要目標(biāo)場(chǎng)景包括：3D傳感模組研發(fā)、陣列模組封裝測(cè)試、3D傳感系統(tǒng)廠商來(lái)料檢測(cè)和故障分析、VCSEL芯片性能評(píng)估。CTA－LTC1激光器測(cè)試臺(tái)適用于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，提供了驅(qū)動(dòng)器固定、PD定位、濾光片切換、遮光、電纜連接等多種結(jié)構(gòu)，能快速實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)環(huán)境搭建。其外觀尺寸為330mm x 330mm x 600mm（不含支撐腳）。
柯泰測(cè)試系統(tǒng)中提供的通用驅(qū)動(dòng)板需要通過(guò)細(xì)致調(diào)諧方可和被測(cè)件配合得到最佳TR／TF結(jié)果?？绿y(cè)試提供了KTS－TRTF－A01自動(dòng)測(cè)試軟件可完成這個(gè)細(xì)膩而繁瑣的工作?；趯?duì)測(cè)試儀器的專(zhuān)業(yè)理解和測(cè)試方法的深入分析，柯泰選擇最佳的儀表組合，并輔以細(xì)致的觸發(fā)方式、采樣方式和測(cè)量參數(shù)設(shè)置，讓用戶(hù)僅需提供工作點(diǎn)相關(guān)掃描范圍，軟件即可將最佳工作點(diǎn)推薦值以列表方式呈現(xiàn)。
DTOF系統(tǒng)的VCSEL窄脈沖LIV和近遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試
柯泰測(cè)試結(jié)合產(chǎn)業(yè)界需求和自身知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，推出了指標(biāo)領(lǐng)先的窄脈沖測(cè)試方案，覆蓋窄脈沖LIV、近場(chǎng)光學(xué)測(cè)試和遠(yuǎn)場(chǎng)光學(xué)測(cè)試。這一系統(tǒng)的主要目標(biāo)場(chǎng)景包括：
· VCSEL芯片性能評(píng)估和壓力測(cè)試
· 陣列模組封裝測(cè)試
· 3D傳感模組研發(fā)
· 3D傳感系統(tǒng)廠商來(lái)料檢測(cè)和故障分析
測(cè)試系統(tǒng)的主要特點(diǎn)
· 使用定制的測(cè)試治具，實(shí)現(xiàn)非破壞性的快速測(cè)試；
· 使用通用測(cè)試儀器，測(cè)試條件可控性和重復(fù)性?xún)?yōu)于傳統(tǒng)定制系統(tǒng)，系統(tǒng)中的儀器亦可在其它測(cè)試中使用，通用性好；
· 集成測(cè)試臺(tái)，提高系統(tǒng)搭建效率；
· 一鍵式自動(dòng)化測(cè)試軟件，自動(dòng)掃描工作點(diǎn)，提高工作效率；
· 可根據(jù)需要替換測(cè)試系統(tǒng)組件，從而實(shí)現(xiàn)更高的測(cè)試要求。
圖7：窄脈沖LIV壓力測(cè)試示例
圖8：近場(chǎng)測(cè)試 圖9：遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試
關(guān)于柯泰測(cè)試
柯泰測(cè)試（Cotest）專(zhuān)注于電子儀器和測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，是泰克公司授權(quán)經(jīng)銷(xiāo)商和泰克方案提供商。
關(guān)于泰克科技
泰克公司總部位于美國(guó)俄勒岡州畢佛頓市，致力提供創(chuàng)新、精確、操作簡(jiǎn)便的測(cè)試、測(cè)量和監(jiān)測(cè)解決方案，解決各種問(wèn)題，釋放洞察力，推動(dòng)創(chuàng)新能力。70多年來(lái)，泰克一直走在數(shù)字時(shí)代前沿。2010年吉時(shí)利加入了泰克公司，泰克與吉時(shí)利已經(jīng)形成了一個(gè)有機(jī)整體，為材料科學(xué)前沿研究以及新技術(shù)的發(fā)展提供核心助力。