PLus

Verbundprojekt PLUS – flexibler Technologie-Baukasten für vielfältige LiDAR-Anwendungen

Mobile, kostengünstige LiDAR-Systeme sind entscheidende Komponenten für die zukünftige Navigation von Autos und für Roboter im industriellen Einsatz. Für diese Anwendungen müssen sie möglichst klein sein und dürfen nur sehr wenig Energie verbrauchen. Zudem sollten sie über einen großen Temperaturbereich einsetzbar sein und zu geringen Kosten in großen Stückzahlen produziert werden können. Eine Basistechnologie muss daher potenziell all diese Rahmenbedingungen erfüllen. Genau dort setzt das Verbundprojekt PLUS an: "Puls-Laser und Scanner für LiDAR-Anwendungen: Automotive, Consumer, Robotic".

Laserdiode mit integrierter GaN-Ansteuerung
Laserdiode mit integrierter GaN-Ansteuerung – optimiert für hohe Ströme

Das FBH entwickelt für derartige LiDAR-Anwendungen eine sehr kleine Puls-Lichtquelle mit hoher Strahlqualität, die auf Halbleitern basiert und für eine hohe Bildauflösung sorgt. Der Fokus liegt dabei auf kantenemittierenden Laserdioden und Treiberschaltungen, die als gepulste Laserstrahlquellen mit hoher Peak-Leistung bei sehr guter Strahlqualität in den verschiedenen LiDAR-Systemen der Industriepartner eingesetzt werden können. Die hohe Peak-Leistung ist wichtig für eine große Reichweite und ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis, die Strahlqualität und die Pulsdauer entscheiden über die räumliche Auflösung des LiDAR.

Im Laserchip werden Bragg-Reflektoren zur Wellenlängenstabilisierung implementiert. Sie sorgen für einen hinreichend geringen Wellenlängendrift im angestrebten Temperaturbereich. Weiterhin werden speziell für den hier erforderlichen Pulsbetrieb passende Schichtstrukturen und eine geeignete aktive Zone entwickelt. Dabei müssen die Leckströme beim notwendigen Betrieb weit oberhalb der Schwelle minimiert und der erforderliche optische Gewinn über einen Temperaturbereich von circa 125 K im geforderten engen Wellenlängenfenster gesichert werden. Für den Betrieb dieser Laserdioden, die mit Stromimpulsen von weniger als 20 ns Dauer, aber einer Stromstärke von mehr als 100 A angeregt werden, sind sehr schnelle, effiziente und kompakte Hochstrom-Treiber erforderlich, die bisher noch nicht demonstriert wurden und ebenfalls am FBH entwickelt werden. Die Treiber sollen mit neuartigen GaN-Transistoren realisiert werden, die derzeit das größte Potenzial in Bezug auf Schaltgeschwindigkeit, Leistung und Effizienz bieten.

Ergänzt wird das System durch eine sehr kompakte Scanner-Einheit zur präzisen Ablenkung des Lichtes, die von Projektpartnern entwickelt wird. Für den Scanner wird eine mikromechanische Lösung erforscht, die hohe Scangeschwindigkeiten bei großer optischer Apertur erlaubt. Die Einzelkomponenten des Gesamtsystems müssen dabei auf die verschiedenen Anwendungsfälle angepasst werden. Anvisiert wird deshalb ein „LiDAR-Technologiebaukasten“, bei dem sich das Gesamtsystem aus den zur Anforderung passenden Lasern, Treibern, Optiken und allen weiteren Komponenten zusammensetzt. Das industriegeführte Konsortium bringt dafür die nötigen komplementären Kompetenzen mit.

Das Verbundprojekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit insgesamt 12.2 Mio. € drei Jahre lang gefördert (01.07.2016 – 30.06.2019).