La fibre optique pour LIDAR– une introduction

Le LIDAR est une technologie qui prend de plus en plus de place dans le monde d’aujourd’hui et elle a suscité, ces dernières années, beaucoup d’intérêt dans les médias, à l’extérieur de la communauté scientifique. LIDAR signifie Light Detection And Ranging. Dans sa forme la plus simple, il s’agit d’une technologie qui permet de détecter des objets à distance grâce à la lumière et peut être vue comme un radar utilisant la lumière laser au lieu des ondes radio.

Les principes généraux du capteur « Time-of-Flight » (temps de vol) du LIDAR.

La technique LIDAR la plus utilisée est ce que l’on appelle le LIDAR « Time-of-Flight » (temps de vol). La méthode est assez simple : un faisceau laser est lancé vers l’avant et la lumière laser est réfléchie sur un objet vers un détecteur. Ensuite, nous mesurons le temps entre le moment où le faisceau laser est envoyé et le moment où sa réflexion est recueillie. Puisque nous connaissons la vitesse de la lumière, la distance avec l’objet peut être calculée. Si nous voulons créer une image 3D complète de ce qui se trouve devant nous, le mécanisme produira un « pixel » de notre image. Si la source laser est alors capable d’effectuer un balayage en se déplaçant verticalement et horizontalement, nous pouvons envoyer un train d’impulsions laser pendant ce balayage pour cartographier une image point par point.

Différents types de sources laser peuvent être utilisés pour construire un système LIDAR, à différentes longueurs d’onde, à condition que la puissance soit suffisamment élevée pour que la puissance de retour puisse être détectée, puisque seule une petite fraction du faisceau laser d’origine est réfléchie par la plupart des objets. Les fibres optiques peuvent être utilisées pour construire des sources laser LIDAR à des longueurs d’onde autour de 1,5 µm. Pour connaître les avantages de cette technologie, continuez votre lecture!

Les applications de la technologie LIDAR

Les premières applications de la technologie LIDAR étaient des applications à portée directe, visant à générer une cartographie 3D d’objets, de bâtiments, de paysages, etc. La détection du vent et de l’environnement sont également des applications très importantes du LIDAR, où nous pouvons utiliser la lumière rétrodiffusée de l’atmosphère pour mesurer la vitesse du vent, profiler la forme des nuages ou identifier la présence de certains gaz.

Ces dernières années, c’est l’utilisation du LIDAR dans les systèmes de véhicules autonomes qui a attiré le plus l’attention sur cette technologie, nourrissant le rêve de voir ce type de voiture sur la route. Le principal avantage de l’ajout de systèmes LIDAR à une suite de capteurs sur un véhicule est de fournir des informations supplémentaires sur l’environnement. Avec le LIDAR, nous aurions accès à de l’information qu’il ne serait pas possible d’obtenir avec une caméra (dans l’obscurité, dans certaines conditions météorologiques) ou lorsqu’un radar n’obtiendrait pas la résolution requise.

Sans parler des pleines capacités de conduite autonome d’un véhicule, la technologie LIDAR peut être utilisée dans les systèmes d’aide à la conduite pour des raisons pratiques et de sécurité. Ces systèmes peuvent fournir des informations très précises sur la portée des véhicules et des obstacles environnants tout en aidant à obtenir davantage de données dans les systèmes de freinage automatisés, même lorsqu’un conducteur est au volant.

Il existe également de nombreuses autres applications émergentes dans les environnements industriels, tels que les mines, les ports et les entrepôts, où les systèmes automatisés utilisant le LIDAR peuvent améliorer l’efficacité et réduire les accidents. Les villes intelligentes et les infrastructures routières du futur pourraient également utiliser le LIDAR pour cartographier les routes en temps réel, ajoutant ainsi un autre niveau d’interconnexion et de sécurité.

… et la fibre optique alors ?

Une famille de technologies LIDAR se situe dans la gamme de longueurs d’onde de 1,5 µm et un moyen efficace de construire un amplificateur laser de haute puissance à cette longueur d’onde consiste à utiliser des fibres optiques dopées aux terres rares, en particulier des fibres dopées à l’erbium ou codopées à l’erbium/ytterbium. Coractive est un chef de file dans la fabrication de ces types de fibres. Pour plus d’informations, vous pouvez consulter notre portefeuille de fibres pour LIDAR.

Les amplificateurs à fibre sont parfaits pour ce type de systèmes, car ils sont robustes, capables d’évoluer facilement vers des puissances élevées et peuvent utiliser des composants conçus à l’origine pour les systèmes de télécommunication, qui ont fait leurs preuves depuis des décennies.

L’utilisation d’une longueur d’onde de 1,5 µm dans un système LIDAR au lieu d’autres technologies, telles que les lasers à 1 µm (utilisant généralement la lumière de diodes laser de 915 nm à 980 nm) présente certains avantages :

La région de longueur d’onde de 1,5 µm est largement plus « sécuritaire pour les yeux », ce qui signifie qu’une plus grande puissance peut être utilisée avant qu’une limite sur le plan des dommages aux yeux humains ne soit atteinte dans le cas d’un éclairage direct par le laser. Ceci est possible parce que la lumière infrarouge au-dessus de 1400 nm est plus atténuée par les éléments transparents de l’œil avant d’atteindre la rétine.
Le système LIDAR peut aussi utiliser plus d’énergie et peut donc « voir » à une plus longue distance dans une application « Time-of-Flight » (temps de vols.) Étant donné que les amplificateurs à fibre optique offrent une grande évolutivité de puissance à 1,5 µm, ils constituent une bonne solution pour créer un LIDAR longue portée.
C’est également une bonne longueur d’onde à utiliser pour éviter certains bruits indésirables. L’idée est d’utiliser une longueur d’onde de signal très bien isolée des autres éclairages possibles, comme la lumière du soleil.

C’est une période passionnante dans le monde des applications LIDAR en ce moment et si ce domaine vous intéresse, contactez les experts de Coractive pour en discuter!