短波红外传感器+半导体激光器扩展短波红外成像生态系统

据麦姆斯咨询介绍，从医疗诊断到自动驾驶汽车和机器人，光子学正在改变我们感知世界以及与世界互动的方式，使光学相机能够捕捉到前所未有的细节水平的图像。这些先进的光学相机利用压缩感知和计算成像算法等原理，从不同角度捕获多张低分辨率图像，并将它们组合成一张高分辨率图像。由此产生的图像展示了光子学如何增强分辨率能力，超越传统相机的分辨率。

麻省理工学院（MIT）的研究人员已经证明了光子学在改善医学成像方面的作用，他们采用激光诱导超声技术在无需侵入性操作或电离辐射暴露的情况下创建生物组织的细致图像。该技术使用激光脉冲照射生物组织，通过光吸收产生声脉冲（可被传感器检测），在组织内诱导热弹性应力和弛豫。通过调节光学波长，可以对生物组织有选择性的成像。像这样的光子学医学成像技术在早期疾病检测、更准确地指导手术干预和监测治疗效果方面具有巨大潜力。

麻省理工学院的激光超声系统及成像效果

与此同时，汽车和机器人领域的新兴解决方案包括TriEye的CMOS短波红外（SWIR）图像传感器和Coherent的固态激光二极管。这两家公司最近联手展示了基于激光照明的短波红外成像系统，适用于汽车前置摄像头和后置摄像头，以及工业和自主机器人中的视觉系统等。

基于光子学的短波红外图像传感器

TriEye正在通过Raven（一种高清短波红外图像传感器）和UltraBlaze（一种对人眼安全的短波红外脉冲激光照明源）将短波红外成像带入量产应用。TriEye联合创始人兼首席执行官（CEO）Avi Bakal表示：“Raven经过近十年的纳米光子学研究而开发，利用现有的大批量制造设备来构建可扩展且具有成本效益的CMOS高分辨率红外图像传感器。”

与此同时，据TriEye称，UltraBlaze可以实现远距离夜视和深度测量，同时保持对人眼的安全，其每脉冲光功率可比传统的可见光或近红外（NIR）照明源高得多。

TriEye的SEDAR（频谱增强探测和测距）平台将短波红外光源和成像传感器集成于一体，能够对车辆环境进行成像和3D传感，作为目前自主控制系统或高级驾驶辅助系统所采用的激光雷达（LiDAR）的替代方案。

TriEye声称SEDAR平台可在所有天气和照明条件下提供高清成像和确定性3D信息。SEDAR平台与传统激光雷达系统的不同之处在于，其显著更高的分辨率使得能够在更远的距离处检测和分类物体。在短波红外光谱中工作使SEDAR平台能够穿透雾、霾和雨，同时保持对环境噪声的适应能力。此外，该公司表示，SEDAR平台的每像素深度计算方法增强了感知系统准确评估相对距离的能力，并且无需任何移动部件。

“SEDAR平台使大众消费市场能够利用短波红外传感的优势，获得以前由于成本高昂而无法获得的先进功能。”Avi Bakal说道，“SEDAR平台是高度可定制的，可以量身定制来解决汽车、工业、机器人等领域的传感挑战。”

汽车和机器人应用的一个关键考虑因素是功效。TriEye表示其已经解决了这一问题，确保短波红外图像传感器能够在极低的功耗水平下运行，可与其它商用CMOS图像传感器相媲美。该公司表示，这可以确保最佳性能，而不会显著影响移动系统的电池寿命。

在谈到TriEye与Coherent的合作时，Avi Bakal表示：“短波红外传感可以提供定位、测绘、识别、防撞等功能，使我们能够以更加智能的方式与环境进行交互。”

基于激光照明的短波红外成像

在光通信领域，半导体激光二极管在数据中心和电信网络中占有一席之地。光子学和化合物半导体解决方案提供商Coherent与TriEye合作，提供专为SEDAR平台定制的半导体激光二极管。短波红外激光照明模块解决了当前基于LED的照明模块的局限性，扩展了短波红外成像解决方案的功能。

Coherent使用砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）和锑化镓（GaSb）材料制造半导体激光二极管，其波长范围涵盖750 nm至3 µm的近红外、短波红外和中红外（MIR）光谱。Coherent提供一系列激光二极管架构，包括边缘发射激光器（EEL）和垂直腔表面发射激光器（VCSEL）。

“我们认识到短波红外传感技术带来了许多好处。”Coherent消费电子产品营销高级总监Gerald Dahlmann表示，“例如，SEDAR平台在1300 nm至1400 nm的短波红外波长范围内工作，与传统激光雷达系统相比，具有的优势包括改善户外环境中的信噪比、提高眼睛安全性、增强透过雾气或灰尘的可见度等。”

“与近红外光相比，短波红外光与物质的相互作用不同。”Gerald Dahlmann继续说道，“这种独特的特性可以增强透过薄雾或灰尘的可见度，使在近红外光谱范围内原本看不见的物体变得可见。”

传统短波红外系列LED效率低且光输出功率低。Coherent声称，其激光照明模块可提供紧凑、可靠且高效的光源，可提供2 W的光学输出，从而有助于扩展短波红外生态系统。

Coherent和TriEye相信他们的合作将为短波红外成像开辟新的应用领域。在机器人应用中，短波红外成像在定位、测绘、避免碰撞和整体安全方面发挥着关键作用。其实，各行业都可以受益于短波红外成像，包括优化农业和工程机械的性能和效率，以及安全系统可以提高准确性和可靠性。

在汽车和机器人等电源限制性应用中，效率是一个关键因素。短波红外激光器目前的效率为20%至30%。Coherent表示，其首要任务是最大限度地提高激光器的效率，随着技术的进步以及与近红外激光器的差距不断缩小，短波红外激光器性能正在不断提高，应用领域越来越广阔。

审核编辑：刘清