KR102555227B1 - 주변 환경 내로 방사선을 방출하기 위한 송신 유닛 - Google Patents

주변 환경 내로 방사선을 방출하기 위한 송신 유닛 Download PDF

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Abstract

본 발명은 주변 환경 내로 방사선(209, 209-1, 209-2)을 방출하기 위한 송신 유닛(100-1)에 관한 것이며, 상기 송신 유닛은 ● 제1 섹션(202) 및 제2 섹션(203)을 구비한 하나 이상의 제1 방출기를 포함하는 하나 이상의 반도체 레이저(102)와, ● 반도체 레이저(102)를 제어하기 위한 하나 이상의 제어 유닛(101)을 포함하며, 제어 유닛(101)은 하나 이상의 방출기의 제1 섹션(202)에는 제1 공급 변수(204)를 인가하고 하나 이상의 방출기의 제2 섹션(203)에는 제1 공급 변수(204)와 다른 제2 공급 변수(205, 301-1, 301-2)를 인가하도록 형성된다.

Description

주변 환경 내로 방사선을 방출하기 위한 송신 유닛
본 발명은, 독립적으로 기재된 청구항들의 각각의 전제부에 따른, 주변 환경 내로 방사선을 방출하기 위한 송신 유닛, 및 송신 유닛을 제어하기 위한 방법에 관한 것이다.
간행물, 양자 전자공학의 선택 주제의 IEEE 저널(IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics), 1997년 4월, 3권 2호 256~260쪽에 실린 PORTNOL(포르트놀), E.L. 등의 논문 'Q 스위치 다이오드 레이저에서 기인하는 초 고출력 피코초 광펄스(Superhigh-Power Picosecond Optical Pulses from Q-Switched Diode Laser)'는 패시브 품질 스위치(passive quality switch)에 의해 작동되는 반도체 레이저를 개시하고 있다.
US7428342호로부터는, 고체 레이저(solid-state laser)가 패시브 품질 스위치에 의해 작동되는 것인 라이다 시스템이 공지되어 있다.
본 발명은, 제1 섹션 및 제2 섹션을 구비한 하나 이상의 제1 방출기(emitter)를 포함한 하나 이상의 반도체 레이저; 및 반도체 레이저를 제어하기 위한 하나 이상의 제어 유닛;을 포함하여 주변 환경 내로 방사선을 방출하기 위한 송신 유닛에 관한 것이다.
본 발명에 따라서, 제어 유닛은 하나 이상의 방출기의 제1 섹션으로 제1 공급 변수(supply variable)를 인가하고 하나 이상의 방출기의 제2 섹션으로는 제1 공급 변수와 다른 제2 공급 변수를 인가하도록 형성된다.
공급 변수는 전하(electric charge)일 수 있다. 공급 변수는 예컨대 전류 또는 전압일 수 있다. 제1 섹션은 증폭기 섹션(amplifier section)으로 지칭될 수 있다. 여기서 예컨대 전하 캐리어들이 저장될 수 있다. 제2 섹션은 스위칭 섹션(switching section)으로 지칭될 수 있다. 제2 섹션은 빠르게 스위칭될 수 있다. 방사선은 레이저 방사선일 수 있다. 레이저 방사선은 맥동될 수 있다.
제1 및 제2 공급 변수는 예컨대 자신들의 절댓값들과 관련하여 서로 다를 수 있다. 제1 섹션에 제1 공급 변수를 인가하는 시점은 제2 섹션에 제2 공급 변수를 인가하는 시점과 다를 수 있다. 이를 위해, 제1 섹션의 접촉은 제2 섹션의 접촉과 다를 수 있다.
본 발명의 장점은, 반도체 레이저가 액티브 품질 스위치(active quality switch)에 의해, 다시 말하면 하나 이상의 제2 공급 변수에 의해 목표한 바대로 영향을 받을 수 있다는 점에 있다. 따라서, 레이저 방사선을 송출하는 시점은 반도체 레이저를 통해 매우 정확하게 제어될 수 있다. 송신 유닛은 높은 에너지 및 높은 출력을 갖는 짧은 레이저 펄스를 방출(송출)할 수 있다. 예컨대 고체 레이저들의 이용에 비해, 반도체 레이저에 의해, 특히 100kHz 내지 1MHz 범위의 높은 펄스 반복률(pulse repetition rate)이 달성될 수 있다. 반도체 레이저는 보다 더 작은 설계 크기 및 보다 낮은 비용의 장점을 제공한다. 품질 스위칭(Q-switched)되지 않는 레이저들을 포함하는 송신 유닛들에 비해, 펄스 에너지가 동일한 조건에서, 보다 더 높은 펄스 출력들이 가능해질 수 있다. 이는, 송신 유닛의 눈 안전(eye safety) 및 수신 유닛의 검출 커버리지(신호대 잡음비 향상)와 관련하여 바람직하다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 제1 섹션은 하나 이상의 반도체 재료를 포함한 제1 영역을 포함한다. 제2 섹션은 하나 이상의 반도체 재료를 포함한 제2 영역을 포함한다. 제1 영역과 제2 영역은 상호 간에 이격되어 있다.
제1 영역과 제2 영역은 상이한 재료들로 구성될 수 있다. 제1 영역과 제2 영역은 상이하게 구조화될 수 있다. 제1 영역과 제2 영역 상호 간의 이격을 통해 제3 영역은 제1 영역과 제2 영역 사이에 형성될 수 있다. 상기 제3 영역은 예컨대 절연 영역일 수 있으며, 그럼으로써 전하는 제1 영역에서 제2 영역으로, 또는 그의 반대로 직접 전달될 수 없게 된다. 따라서, 제1 영역과 제2 영역은 적어도 접촉 평면에서 전기적으로 분리될 수 있다.
장점은, 반도체 재료들 상에서 반도체 레이저의 제1 섹션과 제2 섹션의 접촉이 가능해진다는 점에 있다. 제1 영역과 제2 영역 상호 간의 이격을 통해, 제1 섹션으로의 제1 공급 변수의 인가 및 제2 섹션으로의 제2 공급 변수의 인가는 정의된 방식으로, 그리고 매우 정확하게 수행될 수 있다. 이렇게, 예컨대 제1 영역과 제2 영역 간의 전하 캐리어 교환은 방지될 수 있다. 이로써, 목표한 바대로 증폭기 섹션은 전하를 인가받을 수 있다. 제2 섹션은 목표한 바대로, 그리고 빠르게 스위칭될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 반도체 레이저는 정확히 하나의 방출기를 포함할 수 있다. 장점은, 송신 유닛이 높은 에너지 및 높은 출력을 갖는 점 형태 레이저빔의 형태로 레이저 방사선을 방출할 수 있다는 점에 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 구현예에서, 반도체 레이저는 2개 이상의 방출기를 포함한다. 2개 이상의 방출기 각자는 방출기에 각각 할당된 제1 섹션과 방출기에 각각 할당된 제2 섹션을 포함한다.
장점은, 2개 이상의 방출기가 서로 나란히 배치되는 경우 송신 유닛이 높은 에너지 및 높은 출력을 갖는 선 형태 레이저빔의 형태로 레이저 방사선을 방출할 수 있다는 점에 있다. 2개 이상의 방출기의 각각의 배치에 따라, 레이저빔의 또 다른 기하구조들도 생각해볼 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 구현예에서, 제어 유닛은 2개 이상의 방출기 각자의 각각 제2 섹션에, 각각의 방출기에 할당된 제2 공급 변수를 인가하도록 형성되며, 제2 공급 변수들은 특히 서로 상이하다.
장점은, 2개 이상의 방출기 각자가 개별적으로 스위칭될 수 있다는 점에 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 구현예에서, 2개 이상의 방출기 각자의 각각 제2 섹션에, 각각의 방출기에 할당된 제2 공급 변수를 인가하는 것을 통해, 시간 상관관계(time correlation)가 있는 방사선의 방출이 생성될 수 있다.
장점은, 훨씬 더 높은 펄스 출력 및 훨씬 더 작은 펄스폭이 실현될 수 있다는 점에 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 바람직한 구현예에서, 송신 유닛은 하나 이상의 기준 방사선의 검출을 위한 검출기를 더 포함한다. 각각의 방출기에 할당된 제2 공급 변수는 하나 이상의 기준 방사선에 따라 결정된다.
장점은, 그 결과로 2개 이상의 방출기 각자에 의해 송출되는 레이저 방사선의 분석이 가능해진다는 점에 있다. 이를 기반으로, 각각의 방출기에 할당된 제2 공급 변수가 매칭될 수 있다. 이런 매칭은 예컨대 방사선의 방출이 훨씬 더 적합하게 시간 상관관계가 있을 수 있는 방식으로 수행될 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 구현예에서, 송신 유닛은 추가 광학 요소들을 포함한다. 특히, 송신 유닛은 반도체 레이저에 의해 송출된 방사선을 편향 방향을 따라서 주변 환경 내로 편향시키기 위한 편향 유닛을 포함한다. 편향 유닛은 이동 가능할 수 있고 편향 유닛의 이동은 제어될 수 있다. 편향 유닛은 예컨대 미러(mirror)일 수 있다.
장점은, 반도체 레이저에 의해 송출되는 방사선이 자체의 형상 및 전파 방향과 관련하여 변동될 수 있다는 점에 있다. 이렇게, 전파 방향은 예컨대 미러 또는 빔 분할기와 같은 광학 요소들을 통해 변동될 수 있다. 방사선의 형상은 예컨대 광학 렌즈들 또는 프리즘들을 통해 변동될 수 있다. 이동 가능한 편향 유닛의 제어를 통해, 송신 유닛은, 레이저 방사선이 다양한 공간 방향으로 편향될 수 있어야 하는 시스템들을 위해 이용될 수 있다.
또한, 본 발명은, 바로 전에 기술한 것과 같은 송신 유닛을 포함하는 라이다 센서(LiDAR sensor)에도 관한 것이다. 또한, 라이다 센서는, 주변 환경 내의 객체에 의해 반사된 방사선을 수신하기 위한 수신 유닛도 포함한다. 수신 유닛은 수신되는 방사선의 검출을 위한 검출기를 포함할 수 있다. 검출기는 특히 단광자 애벌랜치 포토다이오드 검출기(SPAD: Single Photon Avalanche Diode; 단광자 애벌랜치 다이오드)일 수 있다.
장점은, 반도체 레이저의 액티브 품질 스위치를 통해 라이다 센서에 비해 향상된 신호대 잡음비가 달성된다는 점에 있다. 이런 경우, 우수한 신호대 잡음비는 송신 유닛의 높은 에너지 및 높은 출력을 갖는 짧은 레이저 펄스의 결과일 수 있다. 라이다 센서를 위한 시스템 분해능은 증가될 수 있다. 여기서 기술되는 라이다 센서의 커버리지는, 자체의 송신 유닛이 액티브 품질 스위치를 이용한 반도체 레이저를 포함하지 않는 것인 라이다 센서들의 경우에서보다 유의적으로 더 클 수 있다.
또한, 본 발명은, 주변 환경 내로 방사선을 방출하기 위해, 제1 섹션 및 제2 섹션을 구비한 하나 이상의 제1 방출기를 포함한 하나 이상의 반도체 레이저를 포함하는 송신 유닛을 제어하기 위한 방법에도 관한 것이다. 본원의 방법은 제어 유닛을 이용하여 제1 섹션에 제1 공급 변수를 인가하는 단계를 포함한다. 또한, 본원의 방법은 제어 유닛을 이용하여 제2 섹션에 제1 공급 변수와 다른 제2 공급 변수를 인가하는 단계를 포함한다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 반도체 레이저는 2개 이상의 방출기를 포함한다. 2개 이상의 방출기 각자는 방출기에 각각 할당되는 제1 섹션과, 방출기에 각각 할당되는 제2 섹션을 포함한다. 2개 이상의 방출기 각자의 각각 제2 섹션은 각각의 방출기에 할당된 제2 공급 변수를 인가받는다. 제2 공급 변수들은 특히 서로 상이하다.
본 발명의 또 다른 바람직한 구현예에서, 본원의 방법은 검출기를 이용하여 하나 이상의 기준 방사선을 검출하는 추가 단계를 포함한다. 추가 단계에서, 하나 이상의 기준 방사선은 분석된다. 추가 단계에서, 각각의 방출기에 할당되는 제2 공급 변수는 분석에 따라서 매칭된다.
하기에서는, 본 발명의 일 실시예가 첨부한 도면들에 따라서 더 상세하게 설명된다. 도면들에서 동일한 도면부호들은 동일하거나 동일하게 작용하는 요소들을 표시한다.
도 1은 본 발명에 따른 송신 유닛을 포함하는 라이다 센서를 도시한 도면이다.
도 2는 송신 유닛의 제1 실시예를 도시한 도면이다.
도 3은 송신 유닛의 제2 실시예를 도시한 도면이다.
도 4a는 시간 상관관계를 갖지 않는 송신 유닛의 방출된 레이저 방사선을 나타낸 그래프이다.
도 4b는 시간 상관관계를 갖는 송신 유닛의 방출된 레이저 방사선을 나타낸 그래프이다.
도 5는 반도체 레이저의 방출기의 횡단면도이다.
도 1에는 라이다 센서(100)의 개략적 구성이 예시로서 도시되어 있다. 라이다 센서(100)는 송신 유닛(100-1)을 포함한다. 송신 유닛은 다시금 제어 유닛(101)을 포함한다. 제어 유닛(101)에 의해서는 반도체 레이저(102)가 제어되고 그에 따라 작동된다. 반도체 레이저(102)는 레이저 방사선의 형태로 방사선을 방출한다. 레이저 방사선은 맥동될 수 있다. 레이저 방사선은 송신 유닛(100-1)의 하나 이상의 추가 광학 요소(103)에 의해 형상 및 전파 방향과 관련하여 변동될 수 있다. 여기서, 광학 요소(103)는 단지 개략적으로만 도시되어 있다. 광학 요소(103)는 예컨대 미러, 빔 분할기, 렌즈 또는 프리즘일 수 있다.
레이저 방사선은 주변 환경 내로 방출(송출)될 수 있다. 레이저 방사선은 광학 요소(103)에 의한 변동 후에 주변 환경 내로 방출(송출)될 수 있다. 주변 환경에서 레이저 방사선은 객체(104)에 의해 반사될 수 있다. 주변 환경에서 레이저 방사선은 객체(104)에 의해 산란될 수 있다. 객체(104)에 의해 반사되고, 그리고/또는 산란되는 방사선은 라이다 센서(100)의 수신 유닛(100-2)에 의해 수신될 수 있다. 이를 위해, 수신 유닛(100-2) 역시도 광학 요소들(105)을 포함할 수 있다. 수신된 방사선은 검출기(106) 상으로 안내될 수 있다. 이로써, 검출기 상에서는 신호들이 생성된다. 신호 처리를 위한 장치(107)에 의해 상기 신호들은 평가될 수 있다.
도 2에는, 제1 실시예로서 송신 유닛(100-1A)이 도시되어 있다. 도시된 반도체 레이저(102)는 (하기에서 201-x로서 지칭되는) 6개의 방출기(201-1 내지 201-6)를 포함한다. 명확성을 위해, 단지 방출기들(201-1 및 201-2), 그리고 상기 두 방출기(201-1 및 201-2)에 속하는 추가 특징들만이 표시되어 있다. 반도체 레이저(102)의 방출기들(201-x) 각자는 제1 섹션(202-x)과 제2 섹션(203-x)을 포함한다. 제1 섹션들(202-x)은 증폭기 섹션들일 수 있다. 제2 섹션들(203-x)은 스위칭 섹션들일 수 있다. 상기 방출기(201-x)의 정확한 구성에 대한 일례는 계속 하기에서 도 5에서 기술된다.
제어 유닛(101)에 의해서는, 도시된 6개의 방출기(201-x)의 제1 섹션들(202-x)이 제1 공급 변수(204)를 인가받는다. 제1 섹션들(202-x) 각자는 제1 공급 변수(204)를 인가받을 수 있다. 예컨대 전류(204)는 증폭기 섹션들(202-x) 쪽으로 흐른다. 제어 유닛(101)에 의해서는, 도시된 6개의 방출기(201-x)의 제2 섹션들(203-x)이 제2 공급 변수(205)를 인가받는다. 제2 섹션들 각자는 제2 공급 변수(205)를 인가받을 수 있다. 예컨대 전류(205)는 스위칭 섹션들(203-x) 쪽으로 흐른다. 제어 유닛(201)은, 바람직하게는, 제2 섹션들(203-x)로의 제2 공급 변수(205)의 인가와 독립적으로, 제1 섹션들(202-x)로의 제1 공급 변수(204)의 인가를 실행하도록 형성된다. 이를 위해, 제어 유닛(201)은 예컨대 다중 섹션 레이저 다이오드 드라이버일 수 있다. 제2 섹션들(203-x)로 제2 공급 변수(205)를 능동적으로 인가하는 것을 통해, 방출기들(201-x)은 활성화될 수 있다. 이로써, 6개의 방출기(201-x)의 개별 펄스들은 시간 상관관계를 가질 수 있다. 방출기들(201-x)의 개별 펄스들은 동기화될 수 있다. 이로써, 높은 펄스 에너지 및 높은 펄스 출력이 달성될 수 있다.
제1 섹션들(202-x) 및 제2 섹션들(203-x)의 국소화는 가변적이다. 또한, 제1 섹션들(202-x) 및 제2 섹션들(203-x)은, 제2 섹션들(203-x)이 제어 유닛(201)에 보다 더 가깝게 국소화되는 방식으로 포지셔닝될 수 있다. 이는, 스위칭 섹션들(203-x)로 향하는 제어 유닛(201)의 전기 연결부가 짧다는 장점이 있다. 이로써, 인덕턴스는 보다 더 낮아지며, 이는, 전압이 상대적으로 더 낮은 조건에서, 보다 더 빠른 스위칭 과정을 달성한다. 또한, 스위칭 섹션들(203-x)은 중심에서 반도체 레이저(102)에 장착될 수 있다. 또한, 스위칭 섹션들(203-x)은 가변적으로 오프셋 되어 배치될 수 있다. 또한, 방출기(201-x)마다 복수의 스위칭 섹션(203-x-y)(y = 1 내지 z)이 내장될 수 있다.
모든 방출기(201-x)의 맥동되는 레이저빔들은 도시된 예에서 광학 렌즈(206)에 의해 집속되어, 이동 가능한 미러(207) 상으로 포커싱된다. 레이저 방사선(209)은 선 형태 레이저빔의 형태로 편향 방향(208)을 따라서 송신 유닛(100-1A)의 주변 환경 내로 방출된다.
도 3에는, 제2 실시예로서 송신 유닛(100-1B)이 도시되어 있다. 도 1 또는 2에 대해 동일한 도면부호들은 동일하거나 동일하게 작용하는 요소들을 표시한다. 도 2에서의 실시예와 유사하게, 송신 유닛(100-1B) 역시도 예컨대 광학 렌즈 또는 편향 미러와 같은 추가 광학 요소들을 포함할 수 있다. 이런 추가 광학 요소들은 도 3에는 별도로 도시되어 있지 않다.
송신 유닛(100-1B)의 도시된 반도체 레이저(102)는 6개의 방출기(201-x)를 포함한다. 방출기들(201-x) 각자는 제1 섹션(202-x), 즉 증폭기 섹션과, 제2 섹션(203-x), 즉 스위칭 섹션을 포함한다.
또한, 송신 유닛(100-1B)은 방출기들(201-x)의 리어 패시트(rear facet)에서부터 기준 방사선(302-x)을 검출하기 위한 검출기(303)를 포함한다. 검출기(303)는 예컨대 모니터 다이오드 어레이일 수 있다. 기준 방사선은 분석될 수 있다. 기준 방사선(302-x)에 근거하여, 방출기들(201-x)의 레이저 펄스들(209-x)의 시간 시퀀스가 파악될 수 있다. 시간 시퀀스에 대한 정보를 나타내는 신호(304)는 제어 유닛(101)으로 전송될 수 있다.
제어 유닛(101)에 의해, 도시된 6개의 방출기(201-x)의 제1 섹션들(202-x)은 제1 공급 변수(204)를 인가받을 수 있다. 제1 섹션들(202-x) 각자는 제1 공급 변수(204)를 인가받을 수 있다. 이런 경우, 공급 변수(204)는 6개의 방출기(201-x) 모두에 대해 동일한 절댓값을 보유할 수 있다. 모든 방출기(201-x)의 증폭기 섹션들(202-x)은 공통 전류(204)를 통해 하전된다.
제어 유닛(101)에 의해, 도시된 6개의 방출기(201-x)의 제2 섹션들(203-x)은 각각의 방출기에 할당된 제2 공급 변수(205-x)를 인가받을 수 있다. 예컨대 스위칭 섹션(203-1) 쪽으로 흐르는 전류(205-1)는, 스위칭 섹션(203-2) 쪽으로 흐르는 전류(205-2)와 다른 절댓값을 보유할 수 있으며, 이는 추가 전류 및 스위칭 섹션에도 마찬가지로 적용된다. 특히 방출기들(201-x)의 레이저 펄스들(209-x)의 시간 시퀀스에 대한 정보에 근거하여, 제2 공급 변수(205-x)는, 레이저 펄스들(209-x)의 방출이 훨씬 더 적합하게 시간 상관관계가 있는 방식으로 매칭될 수 있다. 방출되는 레이저 펄스들(209-x)의 동기성은 증가된다.
도 4a에는, 광출력(401)이 시간(402)에 걸쳐 도시되어 있는 것인 그래프가 도시되어 있다. 예컨대 도 3에 도시된 것과 같은, 시간 상관관계/동기화를 갖지 않는 송신 유닛의 방출기들(201-x)의 개별 펄스들(209-x)이 정성적(qualitative)으로 도시되어 있다.
도 4b에는, 마찬가지로 광출력(401)이 시간(402)에 걸쳐 도시되어 있는 것인 그래프가 도시되어 있다. 예컨대 도 3에 도시된 것과 같은, 시간 상관관계/동기화를 갖는 송신 유닛(100-1)의 방출기들(201-x)의 개별 펄스들(209-x)이 정성적으로 도시되어 있다. 레이저 펄스들(209-x)의 동기성은 도 4a에 비해 분명하게 증가된다.
그 대안으로, 송신 유닛(100-1B)의 검출기(303)는 개별 모니터 다이오드일 수 있다. 최적화를 위한 프로그램 코드를 포함한 컴퓨터 프로그램 제품에 의해서는, 개별 방출기들(201-x)의 스위칭 시간이 조정될 수 있다.
또한, 송신 유닛(100-1)의 반도체 레이저(102)의 방출기들(201-x)을 개별적으로 제어할 수 있다. 예컨대 개별 방출기들(201-x)은 목표한 바대로 비활성화될 수 있다. 이는, 측정을 간섭하면서 강하게 반사하는 객체들이 측정 경로 내에 있을 때 바람직할 수 있다.
도 5에는, 이전 도면들에 도시된 송신 유닛(100-1)이 포함할 수 있는 것과 같은 반도체 레이저(102)의 방출기(201)의 횡단면이 도시되어 있다. 방출기(201)는, 제1 공급 변수(204)를 인가받을 수 있는 제1 섹션(202)을 포함한다. 또한, 방출기(201)는, 제2 공급 변수(205)를 인가받을 수 있는 제2 섹션(203)을 포함한다. 방출기(201)는 레이저 펄스들(209)을 방출할 수 있다.
제1 섹션(202)은 하나 이상의 반도체 재료를 포함한 제1 영역(502)을 포함한다. 제2 섹션(203)은 하나 이상의 반도체 재료를 포함한 제2 영역(503)을 포함한다. 제1 영역(502)과 제2 영역(503)은 상호 간에 이격되어 있다. 예에서, 제1 영역(502)과 제2 영역(503) 사이에는 절연 영역(501)이 있다. 제1 영역(502)과 제2 영역(503)은, 제1 섹션(202)과 제2 섹션이 함께 공유할 수 있는 층들 상에 배치된다. 제1 영역(502)과 제2 영역(503)은 하나의 공통 도파관층(504)(waveguide layer) 상에 배치될 수 있다. 도파관층(504)의 중심에는 액티브 존(505)(active zone)이 배치될 수 있다. 또한, 제1 섹션(202)과 제2 섹션(203)은 하나의 공통 기판(506)을 공유할 수 있다.

Claims (11)

  1. 주변 환경 내로 방사선(209, 209-1, 209-2)을 방출하기 위한 송신 유닛(100-1)으로서,
    ● 각각 제1 섹션(202) 및 제2 섹션(203)을 구비하는 복수의 방출기를 포함하는 하나 이상의 반도체 레이저(102), 및
    ● 반도체 레이저(102)를 제어하기 위한 하나 이상의 제어 유닛(101)을 포함하는
    상기 송신 유닛에 있어서,
    ● 제어 유닛(101)은 상기 복수의 방출기의 제1 섹션(202)에는 하나 이상의 제1 공급 변수(204)를 인가하고 상기 복수의 방출기의 제2 섹션(203)에는 하나 이상의 제1 공급 변수(204)와 다른 복수의 제2 공급 변수(205, 301-1, 301-2)를 인가하도록 형성되고,
    상기 복수의 방출기에 의해 방출되는 복수의 레이저 펄스를 시간적으로 동기화하도록, 상기 복수의 방출기의 제2 섹션(203)에 공급되는 상기 복수의 제2 공급 변수(205, 301-1, 301-2)는 서로 상이한 것을 특징으로 하는, 송신 유닛(100-1).
  2. 제1항에 있어서, 제1 섹션(202)은 하나 이상의 반도체 재료를 포함한 제1 영역(502)을 포함하고, 제2 섹션(203)은 하나 이상의 반도체 재료를 포함한 제2 영역(503)을 포함하며, 제1 영역(502)과 제2 영역(503)은 상호 간에 이격되는 것을 특징으로 하는, 송신 유닛(100-1).
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 송신 유닛(100-1)은 상기 복수의 방출기에 의해 방출되는 하나 이상의 기준 방사선(302-1, 302-2)의 검출을 위한 검출기(303)를 더 포함하며, 상기 복수의 방출기의 복수의 제2 섹션(203)에 인가되는 복수의 제2 공급 변수(301-1, 301-2)는 하나 이상의 기준 방사선(302-1, 302-2)에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는, 송신 유닛(100-1).
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 송신 유닛은 추가 광학 요소들(103), 특히 반도체 레이저에 의해 송출된 방사선(209-1, 209-2)을 편향 방향(208)을 따라서 주변 환경 내로 편향시키기 위한 편향 유닛(207)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 송신 유닛(100-1).
  8. 제1항 또는 제2항에 따른 송신 유닛(100-1)을 포함하는 라이다 센서(100)에 있어서, 상기 라이다 센서는 주변 환경 내의 객체(104)에 의해 반사된 방사선을 수신하기 위한 수신 유닛(100-2)을 더 포함하는, 라이다 센서(100).
  9. 주변 환경 내로 방사선(209-1, 209-2)을 방출하기 위해, 각각 제1 섹션(202) 및 제2 섹션(203)을 구비하는 복수의 방출기를 포함하는 하나 이상의 반도체 레이저(102)를 포함하는 송신 유닛(100-1)을 제어하기 위한 방법에 있어서, 상기 송신 유닛의 제어 방법은,
    ● 제어 유닛(101)을 이용하여 상기 복수의 방출기의 제1 섹션(202)에 하나 이상의 제1 공급 변수(204)를 인가하는 단계, 및
    ● 제어 유닛(101)을 이용하여 상기 복수의 방출기의 제2 섹션(203)에 하나 이상의 제1 공급 변수(204)와 다른 복수의 제2 공급 변수(205, 301-1, 301-2)를 인가하는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 방출기에 의해 방출되는 복수의 레이저 펄스를 시간적으로 동기화하도록, 상기 복수의 방출기의 제2 섹션(203)에 공급되는 상기 복수의 제2 공급 변수(205, 301-1, 301-2)는 서로 상이한 것을 특징으로 하는,
    송신 유닛의 제어 방법.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서, 상기 방법은
    ● 검출기(303)를 이용하여 상기 복수의 방출기로부터 방출되는 하나 이상의 기준 방사선(302-1, 302-2)을 검출하는 추가 단계;
    ● 하나 이상의 기준 방사선(302-1, 302-2)을 분석하는 추가 단계; 및
    ● 상기 복수의 방출기의 복수의 제2 섹션(203)에 인가되는 제2 공급 변수(301-1, 301-2)를 상기 분석에 따라서 매칭시키는 추가 단계;를
    포함하는 것을 특징으로 하는, 송신 유닛의 제어 방법.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019206675A1 (de) 2019-05-09 2020-11-12 Robert Bosch Gmbh Sendeeinheit zur Emission von Strahlung in eine Umgebung, LIDAR-Sensor mit einer Sendeeinheit und Verfahren zur Ansteuerung einer Sendeeinheit
DE102019121384A1 (de) * 2019-08-07 2021-02-11 Forschungsverbund Berlin E.V. Optischer Pulsgenerator und Verfahren zum Betrieb eines optischen Pulsgenerators hoher Leistung und kurzen Pulsen

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0665446A2 (en) 1993-11-12 1995-08-02 Nec Corporation Light beam scanner and integrated laser arrangement used for the scanner
JP2002094463A (ja) * 2000-09-20 2002-03-29 Nec Corp 半導体光増幅装置及びそれに用いる利得調整方法
US20020167974A1 (en) 2001-04-04 2002-11-14 Kennedy John T. Q-switched cavity dumped CO2 laser for material processing
US20070092177A1 (en) 2001-10-09 2007-04-26 Infinera Corporation WAVELENGTH LOCKING AND POWER CONTROL SYSTEMS FOR MULTI-CHANNEL PHOTONIC INTEGRATED CIRCUITS (PICs)
JP2010151958A (ja) * 2008-12-24 2010-07-08 Toyota Central R&D Labs Inc 光走査装置及びレーザレーダ装置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6090058A (ja) * 1983-10-21 1985-05-21 Kawasaki Refract Co Ltd 吹付けノズル
US5151915A (en) * 1990-12-27 1992-09-29 Xerox Corporation Array and method of operating a modulated solid state laser array with reduced thermal crosstalk
GB2283858A (en) 1993-11-12 1995-05-17 British Tech Group Semiconductor laser
JP2853545B2 (ja) 1993-12-27 1999-02-03 松下電器産業株式会社 充電器
WO1997037406A1 (de) * 1996-03-29 1997-10-09 HEINRICH-HERTZ-INSTITUT FüR NACHRICHTENTECHNIK BERLIN GMBH Gütegesteuerter halbleiterlaser
JP2004198697A (ja) * 2002-12-18 2004-07-15 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 半導体パルス光源
US7428342B2 (en) 2004-12-17 2008-09-23 Microsoft Corporation Reversible overlap operator for efficient lossless data compression
US7544945B2 (en) 2006-02-06 2009-06-09 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) array laser scanner
CN100428589C (zh) * 2006-04-24 2008-10-22 何建军 Q-调制半导体激光器
DE102008056096B4 (de) 2008-11-04 2016-09-29 Forschungsverbund Berlin E.V. Verfahren zur selektiven Transmission eines optischen Signals
DK2359593T3 (en) 2008-11-25 2018-09-03 Tetravue Inc High-resolution three-dimensional imaging systems and methods
CN102918725A (zh) * 2010-05-28 2013-02-06 丹尼尔·科普夫 超短脉冲微芯片激光器、半导体激光器、激光器系统和用于薄激光器介质的泵浦方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0665446A2 (en) 1993-11-12 1995-08-02 Nec Corporation Light beam scanner and integrated laser arrangement used for the scanner
JP2002094463A (ja) * 2000-09-20 2002-03-29 Nec Corp 半導体光増幅装置及びそれに用いる利得調整方法
US20020167974A1 (en) 2001-04-04 2002-11-14 Kennedy John T. Q-switched cavity dumped CO2 laser for material processing
US20070092177A1 (en) 2001-10-09 2007-04-26 Infinera Corporation WAVELENGTH LOCKING AND POWER CONTROL SYSTEMS FOR MULTI-CHANNEL PHOTONIC INTEGRATED CIRCUITS (PICs)
JP2010151958A (ja) * 2008-12-24 2010-07-08 Toyota Central R&D Labs Inc 光走査装置及びレーザレーダ装置

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Publication number Publication date
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US11579261B2 (en) 2023-02-14
US20200116826A1 (en) 2020-04-16

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