激光雷达有很多种方式,
对于激光器而言,边发射激光器可以采用TO封装,
面发射的激光器,也可以采用TO封装
但是,用于雷达的TO和用于光纤通信的TO,二者的封装差异非常的大
首先,就是光斑尺寸的差异,激光雷达是在空气中传输的,光斑的尺寸是毫米或者几十毫米,而光纤通信的光纤则尺寸很小,光纤很大的多模光纤波导直径也就是50μm,光纤最常用的单模,直径<10μm,这还不敢说硅光波导的光斑(或者叫光场)直径是<0.5μm
毫米和微米之间的差距是1000倍
所以,对于雷达而言,很多材料是可以用的,而对于通信的封装,需要考虑材料的弹性形变,塑性形变,蠕变以及温度不同,热膨胀系数差异引起的相对位移。
这就是为什么雷达的光路,有很多树脂材料,而光纤通信则有很多的金属陶瓷和玻璃,这里边考虑的主要是热膨胀系数和刚性程度。
在多模光纤通信,也会用到一点树脂材料,但是单模通信则几乎不用,树脂的CTE热膨胀系数较大,有几十ppm/℃,且弹性形变也很大,在多模里光路的偏离有几个μm的变化,勉强还能接受,单模光纤则无法接受这个形变位移量的。
再一个,就是电信号的控制。
雷达的脉冲宽度,如果采用100ns的脉宽,和50Gbps NRZ的光纤通信的脉宽相比,通信的脉宽是雷达的五千分之一,而信号频率是脉冲宽度的倒数,这意味着用于通信的电信号的频率宽度,要比雷达的频率高3个数量级以上,几千倍的高频特性。
比如,雷达的P,N电极引出,就两根金属导线,导线会有一个寄生的电感,这个电感与激光二极管的PN电容,会有一个谐振频率,这个频率与LC乘积成反比,
由于雷达的频率很低,所以电感大一些,没关系,不在乎
但通信用的激光器封装,焊料、键合金丝、引脚的长度,直径,材料,距离回流路径的GND的经差,形状的突变....等等,都需要考虑,通信的电信号波长比雷达的电信号波长小几千倍,而电磁波和反射点的回波,引起自干涉,电磁波的寄生参数会因子自振荡,需要一点一点的控制,比如这个引脚的环状片是用来压玻璃液化的尖峰(挂壁程度),这个浸润引起的阻抗变化导致的高频的谐振频点、阻抗的失配程度以及信号的损耗,产生变化。
再一个就是光路的重叠,雷达发射和接收光路,有些设计是重叠的,难处在于雷达的收发是用一个波长,而通信的bidi光学,大多数选择的波长是有区别的。
因为雷达属于自发自收型,波长无法进行分离。光纤通信是“双工”,是你发我收,我发你收,所以收发波长可以设计成不同的波长
针对这种结构,光纤通信来分离同路径的发射接收光路,更渐变,可以利用TFF的介质膜或其他的MZ滤波、FP滤波、AWG滤波等特性,实现基于波长敏感的器件,做合波或分波处理。
雷达的同波长设计,难度较大,一般采用光路的入射反射角的差异,做分离,或者半透半反做分离,或者磁致旋光级联做环形器来区分光向