Max Julius Bode und Sarah Cwalina der Forschungsgruppe „Optische Metro-, Zugangs- und Inhausnetze“ der Abteilung Photonische Netze beim Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut (HHI) nahmen beim IEEE International Workshop on Metrology for Automotive den Best Paper Award für ihre Arbeit „Investigating Temperature Effects in Directly Modulated Laser-Diodes in Coherent FMCW-LiDAR Systems” entgegen. Die Veranstaltung fand in Parma, Italien, statt und legte ihren Fokus auf den Automobilsektor – so überreichte Dallara, der legendäre Motorsport-Hersteller, die Auszeichnung.
LiDAR steht für „Light Detection and Ranging“ und stellt eine Methode der Umwelterfassung dar. Genauer verwendet die Technologie eine Laserquelle, um aus der erfassten Umgebung ein 3D-Modell zu erstellen. Man unterscheidet verschiedene Messprinzipien wie „Time of Flight (ToF)“ und die „Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW)“. Letztere fand in der prämierten Arbeit Anwendung.
Genauere und günstigere Methode
Bei FMCW-LiDAR wird das kontinuierliche Lasersignal (CW) mit einem sogenannten Frequenzchirp moduliert. Zur Distanzmessung werden das ausgesendete, durch die Distanz zum Messobjekt zeitverzögerte Signal mit dem Signal ohne Zeitverzögerung (Local Oscillator Signal) vermischt. So entsteht eine deutlich niedrigere Zwischenfrequenz. Mit den bekannten Modulationsparametern des Frequenzchirps und der gemessenen Zwischenfrequenz werden Rückschlüsse auf die Zeitverzögerung und somit auch auf die Distanz getroffen.
Ziel des Projektes war es, die Temperatureffekte auf die Leistungen von LiDAR-Systemen herauszufinden. Die HHI-Forschenden haben festgestellt, dass kleine Schwankungen in der Betriebstemperatur des Halbleiterlasers zu großen Änderungen der Laserfrequenz und damit zu Fehlern bei der Entfernungsmessung führen. Eine vorherige Charakterisierung der dynamischen Bandbreite der Laser ermöglicht eine effiziente, neuartige Kompensationstechnik. In Zukunft könnte so auf eine Temperaturstabilisierung verzichtet werden, was die FMCW-LiDAR Technik attraktiver für den Automobilsektor macht.