Passive Q-Switch-Lasertechnologie
Passive Q-Switch-Lasertechnologie für fortschrittliche Fahrassistenzsysteme
Die Weiterentwicklung autonomer Fahrzeugtechnologien bzw. Fahrassistenzsysteme (ADAS = Advanced Driver Assistance Systems) ist weitgehend von der Reduzierung oder Vermeidung von Unfällen abhängig. Die vielleicht größte Herausforderung für sichere und unfallfreie autonome Systeme besteht darin, auch bei schlechten Wetterbedingungen eine „gute Sicht“ für das Fahrzeug zu garantieren.
Zur Entwicklung komfortabler, sicherer und zuverlässiger autonomer Fahrzeugtechnologien sind viele neue Technologien erforderlich. Es wird jedoch davon ausgegangen, dass der LiDAR-Sensor eine der Grundvoraussetzungen für die Serienfertigung und Serieneinführung ist. Die heutigen LiDAR-Systeme in Automobilqualität sind sowohl in Bezug auf Größe als auch Kostenaufwand für die Serienproduktion ungeeignet. Es wird geschätzt, dass LiDAR-Systeme, die derzeit in selbstfahrenden Fahrzeugen eingesetzt werden, den geschätzten Richtpreis für die Seriennutzung um mehr als das 25-fache übersteigen.
In Zusammenarbeit mit OEMs und autonomen Unternehmen der Fahrzeugtechnologie treibt CoorsTek die neueste LiDAR-Technologie durch die Entwicklung und Herstellung effizienterer Designs voran. Diese Designs setzen „passive Q-Switch“-Laser ein, die auf hochmodernen und hochentwickelten polykristallinen technischen Keramiken basieren.
Passive Q-Switch-Technologie erklärt
Bei der Q-Switch-Technologie (Güteschaltung) werden quantenmechanische Prinzipien eingesetzt, um ein kontinuierliches Eingangssignal in einen kurzen Hochenergieimpuls umzuwandeln. Q-Switch-Laser verfügen über Ausgangsstrahlen mit kurzen Impulsen und hoher Spitzenleistung. Diese Strahlen bieten eine weitaus höhere Leistung als Laser, die im konstanten Ausgangsmodus agieren. Durch Güteschaltung erzeugte Impulse bieten auch einen höheren Genauigkeitsbereich als eine herkömmliche Diode oder andere Lasermethoden mit geringerer Leistungsfähigkeit.
Die Güteschaltung umfasst zudem die Regulierung von Resonatorverlusten bzw. des „Q-Faktors“ (Gütefaktors) innerhalb des Laserresonators. Diese Technik weist bis zur Aktivierung hohe Resonatorverluste auf. Der Laser wird mit einer Diode oder einer Blitzlampe gepumpt, bis der Güteschalter „gebleicht wird“ (durchsichtig wird), sodass die im Resonator gespeicherte Energie schnell aufgebaut wird, um einen kurzen Impuls mit hoher Spitzenleistung zu erzeugen.
Wechselwirkungsverluste können anhand von zwei Methoden gesteuert und geschaltet werden: aktiven Q-Switch-Lasern und passiven Q-Switch-Lasern.
Beim passiven Güteschalten werden zum Erzeugen von exakten Impulsen keine elektrischen oder beweglichen Komponenten eingesetzt. Passive Q-Switch-Laser werden von einem Material gesteuert, das anfänglich hohe Verluste aufweist, bis die Sättigung bzw. das Laserpumpen das Material so stimuliert, dass es durchsichtig wird. Dies erzeugt geringe Verluste, die den Laserpuls auslösen. Die Wirkung dieser sättigbaren Absorber wird durch die Materialeigenschaften und die Dotierstoffkonzentration beeinflusst.
Vorteile der passiven Güteschaltung
Die passive Güteschaltung bietet viele Vorteile, wie zum Beispiel:
- Vereinfachung von Komponenten/Systemen
- Geringes Gewicht
- Einfache Ausrichtung
- Wegfall der externen Stromversorgung oder Polarisationsoptik
- Verbesserte Haltbarkeit und Zuverlässigkeit
Das Arbeitsprinzip der passiven Q-Switch-Technologie besteht in der Kombination stark kontrollierter YAG-Laserkristalle. Dotiertes YAG kann als Lasermedium so gefertigt werden, dass die gewünschte Wellenlänge erzeugt wird. In Verbindung mit einem passiven sättigbaren Absorberkristall wie Cr:Yag oder V:Yag wird die Güteschaltung gebildet, um den gewünschten impulsartigen Ausgangsstrahl zu erzeugen. Die Art des Absorbermaterials für die Güteschaltung wird entsprechend der Laserwellenlänge ausgewählt.
Grenzen monokristalliner Keramiken
Heutzutage wird die passive Q-Switch-Technologie hauptsächlich mithilfe von dotierten Einkristall- oder monokristallinen Festkörpermaterialien, wie Kobalt-dotiertem Spinell, eingesetzt, um mit hochvolumigen Festkörperlasern Nanosekundenpulse mit hoher Energie und Spitzenleistung zu erzeugen.
Einkristalle stellen ein erhebliches Hindernis für die Serienfertigung dar. Die Herstellung dieser Materialien ist nicht nur kostspielig und zeitaufwendig, sondern die Skalierung ist auch kapitalintensiv. Darüber hinaus sind die Möglichkeiten zum Hinzufügen von Dotierstoffen begrenzt und schwer kontrollierbar.
CoorsTek Polykristalline YAG-Materialien
CoorsTek Polykristalline YAG-Materialien sind eine Alternative zu Einkristallmaterialien, da sie eine verbesserte Kontrolle der Materialeigenschaften, einen höheren Produktionsertrag, eine vereinfachte Verarbeitung und eine skalierbare Technologie bieten. Erfahren Sie mehr über CoorsTek Polykristalline YAG-Materialien.