La fibre optique pour les Lidar longue portée

Dans notre dernier article de blogue sur le lidar, nous avons traité de son principe général, de certains avantages d’utiliser la technologie 1 550 nm, de même que du choix stratégique des systèmes de lasers à fibre. Le principal avantage de l’utilisation d’une source lumineuse à 1 550 nm pour un système lidar est que vous pouvez généralement obtenir une portée de détection plus longue.

Cette fois, nous détaillerons un peu plus les sources de laser à fibre pour les applications Lidar, incluant leurs avantages pour les véhicules autonomes et d’autres technologies.

Définitions et exigences pour les véhicules autonomes

Le degré d’autonomie d’un véhicule est défini dans l’industrie par cinq « niveaux » qui sont décrits par la quantité d’intervention requise par le conducteur.

Les deux premiers niveaux concernent les systèmes d’aide à la conduite comme l’aide au stationnement ou les alertes de distance pour les véhicules proches. Ces niveaux exigent que le conducteur soit pleinement attentif au volant et visent à accroître la sécurité et le confort, mais ne visent pas l’autonomie. À partir du niveau 3, les systèmes ont besoin d’une portée beaucoup plus longue pour avoir de bons temps de réaction, spécialement à des vitesses très élevées. C’est là où les Lidar longue portée à 1 550 nm sont avantageux. C’est encore plus important pour les véhicules plus gros comme les camions qui ont besoin d’une plus longue distance pour s’arrêter.

Principes de base des amplificateurs à fibre comme source de lumière pour Lidar

Dans un système Lidar longue portée à temps de vol (ToF) à 1 550 nm, une fibre optique dopée terres rares sera utilisée dans l’amplificateur optique de la source lumineuse. Les amplificateurs à fibre optique peuvent atteindre une puissance élevée, être robustes et résister à des températures élevées. Il s’agit d’une technologie mature, dont les origines proviennent de l’industrie des télécommunications.

Un laser d’injection (généralement une diode laser) émettra une faible puissance de sortie à 1,5 µm, avec les caractéristiques d’impulsion requises, et passera par une ou plusieurs étapes d’amplification avant l’émission.

Il peut y avoir un étage de préamplification utilisant une fibre dopée à l’erbium à simple gaine qui sera pompé dans le cœur par une diode de pompe monomode, suivi d’un étage d’amplification construite sur une fibre à double gaine erbium/ytterbium.

Dans un autre cas, l’amplificateur ne peut être conçu qu’avec des fibres erbium/ytterbium à double gaine, basées sur une architecture à un ou deux étages. Par exemple, le diagramme suivant représente un système à deux étapes.

Chez Coractive, nous fournissons à la fois des fibres dopées à l’erbium et à l’erbium/ytterbium pour agir comme milieu amplificateur dans ces systèmes et nous fournissons les fibres passives correspondantes pour fabriquer les composants nécessaires à la fabrication de l’amplificateur tel que vu dans les schémas (coupleurs, mélangeurs de pompes, isolateurs).

Nos fibres permettent d’optimiser de nombreuses spécifications critiques de l’amplificateur :

Haute efficacité optique : pour minimiser la puissance de pompe requise et offrir un excellent comportement thermique.
Émissions indésirables minimisées : haut rapport signal/bruit dans la plage de 1,5 µm et faible ASE (émission spontanée amplifiée) de 1 µm.
Résistance à haute température : Différents revêtements peuvent permettre une résistance à des températures allant de 85°C, 105°C et jusqu’à 125°C.

Autres applications et technologies alternatives

Avec les systèmes Lidar à 1 550 nm permettant désormais une détection à longue portée (plus de 500 m), des applications autres que les voitures et les camions autonomes émergent. Les navires, les véhicules miniers et les trains sont tous de gros équipements pour lesquels la vision de l’opérateur est étroite ou limitée. Les systèmes Lidar peuvent ajouter des niveaux de sécurité en détectant les endroits impossibles à voir à l’œil nu.

Des lidars stationnaires peuvent également être utilisés sur les autoroutes, les intersections de rues, les ports et d’autres types d’infrastructures. Les cas d’utilisation peuvent aller de la détection des piétons au remplacement de l’humain sur des remorqueurs portuaires automatisés pour amarrer les grands navires.

Les technologies telles que la détection du vent nécessitent une lumière polarisée pour permettre la mesure de la vitesse à chaque point. L’avantage des fibres optiques est qu’elles peuvent être fabriquées pour maintenir la polarisation et elles apporteront la puissance élevée requise pour obtenir une bonne réflexion lors de l’observation du vent et des gaz. Une conception similaire à celle que nous avons présentée peut produire un faisceau polarisé si elle est fabriquée avec des fibres PM.

En dehors des amplificateurs à fibre optique, les technologies des semi-conducteurs progressent également pour l’émission et la détection laser de 1,5 µm utilisant la photonique sur silicium, ainsi que les circuits intégrés photoniques (PIC). Le lidar FMCW (une alternative au Time-of-Flight) émerge de ces technologies de semi-conducteurs et peut être complémentaire.

Nous pensons que l’avenir des applications Lidar sera constitué d’une variété de technologies, et chacune d’elle trouvera sa place. Coractive sera à l’avant-garde des fibres optiques pour Lidar et nous attendons avec impatience l’avenir de la mobilité.

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