车载光学激光雷达的波长选择,确实经历了从多方案探索到905nm 与 1550nm 双主流收敛的演进过程,而人眼安全认知的完善是高功率需求下推动波长路线升级的关键拐点。早期行业曾探索多种近红外波长,但受限于大气吸收与产业基础,最终只有 905nm 和 1550nm 两条路线被规模化选中;随着自动驾驶对探测距离的要求提升,1550nm 凭借人眼安全阈值更高、可承载更大发射功率的优势,从实验室走向量产装车。
波长收敛的物理与产业基础
激光雷达的测距原理决定了其光源必须满足两个硬性条件:不容易被大气环境吸收,且不会与可见光混淆。对照大气吸收光谱,在近红外区间内同时满足这两个条件的可用波长本就十分有限,仅剩四条谱线具备理论可行性。
在这四条可用波长中,真正具备产业基础的只有两条:905nm 对应消费电子产业链,1550nm 对应光通信产业链。原有的技术积累和成熟的供应链,让这两种波长从理论筛选中自然胜出,成为行业的主流选择。从大气吸收率数据看,在 1.0–1.6μm 区间内,吸收率随波长呈现先升后降的波动,这也解释了为何并非所有近红外波长都适合车载探测。
905nm 的主流地位与功率天花板
在当前行业格局中,905nm 是当之无愧的主流波长,核心原因在于性价比优势。其激光器基于砷化镓(GaAs)材料体系,工艺成熟且成本可控。在 905nm 波长下,还发展出 EEL(边发射激光器)与 VCSEL(垂直腔面发射激光器)两种主流结构,其中 VCSEL 因制造工艺与主流半导体产业高度兼容、后道工序成本更低,且可通过堆叠激光器弥补功率短板,被多家头部厂商选为主要技术路线。
然而,905nm 的瓶颈也恰恰来自人眼安全。由于该波段靠近可见光区域,人眼对它的聚焦能力较强,可安全发射的功率上限受到严格限制。当行业对探测距离和点云密度提出更高要求时,905nm 的功率天花板便成为制约性能提升的硬约束。
1550nm 的突围与 FMCW 时代的机遇
1550nm 的优势在于探测距离与人眼安全两个维度均明显占优。该波长远离人眼视网膜的聚焦范围,人眼安全阈值更高,因此可以承载更大的发射功率,从而实现更远的有效探测距离。1550nm 激光器采用磷化铟(InP)材料体系,成本显著高于 905nm 路线的砷化镓(GaAs),这也是其早期难以大规模普及的主要原因。
1550nm 的真正机遇出现在测距逻辑从 TOF 向 FMCW 演进之后。FMCW 技术目前广泛运用于光通信领域,而该领域的光源恰恰以 1550nm 为主,具备天然的产业链基础。这意味着随着 FMCW 成为下一代测距方向,1550nm 的供应链成熟度与成本下降空间都将随之改善。从探测器配套看,由于硅材料限制,硅基探测器只能响应 1100nm 以下的光子,因此 1550nm 光源需要匹配 APD(雪崩光电二极管),而 905nm 波长下则可使用灵敏度更高的 SPAD 与 SiPM 方案。
| 维度 | 905nm | 1550nm |
|---|---|---|
| 产业基础 | 消费电子 | 光通信 |
| 核心材料 | 砷化镓(GaAs) | 磷化铟(InP) |
| 人眼安全功率上限 | 较低 | 较高 |
| 成本 | 低 | 高 |
| 探测器配套 | SPAD / SiPM | APD |
常见问题
为什么早期没有直接选择 1550nm?
早期 1550nm 受限于磷化铟材料成本过高,在车规级量产中缺乏经济性。905nm 凭借消费电子产业链带来的成熟器件与低成本优势率先成为主流,这是制造业成本与效益权衡下的自然结果。
人眼安全如何影响波长选择的走向?
人眼安全标准决定了激光器可安全输出的最大功率。905nm 因靠近可见光波段,人眼安全功率上限低,超远距离探测能力受限;1550nm 的人眼安全阈值更高,可支持更大发射功率,因此在追求更长探测距离的需求驱动下,1550nm 的价值逐步凸显。
FMCW 技术为何利好 1550nm?
FMCW 技术当前主要应用于光通信领域,而光通信的核心光源正是 1550nm。测距原理向 FMCW 演进后,1550nm 可以直接复用光通信的成熟产业链,其成本与供应链劣势有望随规模化应用而改善。