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用于光通信和激光雷达激光器芯片的区别是什么?
发布时间:2025-07-09 17:34:51

豆包


用于光通信和激光雷达的激光器芯片在波长选择、功率需求、调制速率、模式要求等方面存在诸多区别,具体如下:


波长选择:

光通信:通常选择光纤损耗最低的波段,如 850nm、1310nm、1550nm 等。例如在长距离骨干网通信中,1550nm 波长较为常用,因为其在光纤中的传输损耗极小。

激光雷达:常用 905nm 和 1550nm 波长。905nm 波长处于大气的一个略低损耗窗口,但因与可见光波长接近,对眼睛有潜在伤害,限制了激光器功率。1550nm 波长人眼安全上限更高,可使用更高功率激光器以提高探测距离,但大气损耗和水汽吸收在雨天可能有影响。

功率需求:

光通信:更注重低损耗传输,对激光器芯片的输出功率要求相对不高,主要通过优化光纤传输特性等方式实现长距离通信。

激光雷达:依靠被测物体的反射光进行距离计算,需要在保证人眼安全的前提下,尽可能提高发射功率,以精准检测目标。除了在同一个激光器芯片上串联多个 PN 结外,还会使用阵列型的大功率 VCSEL(垂直腔面发射激光器),通过 PN 结并联来增大电流从而提高发光功率。

调制速率:

光通信:需要处理高速数据信号,对调制速率要求极高。例如,50G 信号通常用 19GHz 带宽,100G 信号用 25-30GHz 带宽。为实现高速调制,需降低芯片和电路的 RC 常数,会采用小孔径、单 PN 结等设计来降低 PN 结的结电容。

激光雷达:对调制速率要求相对较低,一般为 KHz 和 MHz 级别,因此对结电容要求不高,通常采用多个 PN 结串联来增大光功率。

模式要求:

光通信:为降低光纤中传输光信号的模式干扰,保证稳定工作,理想情况是获取单模状态输出的激光器芯片,如单模 VCSEL 激光芯片或单横模的 FP(法布里 - 珀罗)、DFB(分布反馈)激光器芯片等。

激光雷达:对模式要求不像光通信那样严格,更关注大功率输出,不一定要求单模输出,多模激光器芯片也可满足需求,如多模 VCSEL 等可用于激光雷达。

波长调谐方式:

光通信:波长调谐是将波长调到需要的位置后固定,要求波长能稳稳地锁定到规定的 “点”,以保证通信的稳定性和准确性。

激光雷达:需要不断进行波长扫描(扫频),并且要关注扫频的线性度,因为频率扫描可通过多普勒频移原理来计算物体的运动速度,线性度不好会影响雷达的探测精度。

可靠性要求:

光通信:通常应用于环境相对稳定的数据中心和室外通信基站等,虽对可靠性有要求,但更侧重于长期稳定的低损耗传输和高速信号处理。

激光雷达:多安装在汽车等环境条件复杂的设备上,要适应不同天气、温度等环境变化,对激光器芯片的可靠性和抗环境干扰能力要求较高,需能在各种恶劣环境下稳定工作。