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光學模擬與應用案例

晶片式光達(LiDAR)設計

 

應用簡介

自駕車為近年來熱門的議題,而要讓自駕車準確辨識車況、行人、道路等外在環境,有賴於各種感測器及其之間的感知融合。在感測器的各種方案中,光達的發展性極高,但單價動輒上萬美元的價格讓許多車廠望之卻步。而固態式光達可以使用半導體製程積體化,大幅度縮小體積與可大量生產製造,因此可望融入車體的設計以及降低光達的成本。其工作原理使用光學相位陣列 (Optical Phased Array, OPA) 將光束合成與掃描。

光達晶片開發者主要探討的議題包括:

  • 掃描範圍:橫向與垂直的掃描角度
  • 工作距離:光束能夠量測的距離
  • 功率損耗:元件所造成的損耗
 
 
 
模型概述

RSoft CAD 繪製光達模型

分光器 | 光束分歧成陣列式結構,BeamPROP BPM 計算各路徑的光功率與相位。
相位陣列 | 外部物理效應使相鄰波導產生相位差,進而實現光達橫向掃描的能力。

                Multi-Physics Utility 計算熱光效應,BeamPROP BPM 計算光學功率與相位變化。
出射光柵 | 陣列式的光柵結合可調式雷射達成垂直掃描的功能。FullWAVE FDTD 計算光柵出射遠場場形。

 

分析/結論
 

晶片式光達可分為三大部分,整合 RSoft Device Tools 完善的演算法,讓使用者能對光達晶片完整且有效率的模擬與最佳化,使晶片式光達在掃描範圍、工作距離與功率損耗等性能上達到最佳表現。

(a):分光器的分光功率平均度與相位平整度
(b):相位陣列熱對光造成折射率差異,調整波前方向達成掃描功能
(c):出射光柵分析不同入射波長的出射角度,觀察遠場圖形

 

 

 



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0112_晶片式光達(lidar)設計tech noteai.pdf

晶片式光達(LiDAR)設計
2021-01-18 16:09:00
2021-01-18 16:09:00
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