Какая длина волны лазера используется в лидарной системе,-монтируемой на автомобиле?

1. Введение: решающая роль длины волны.

Обнаружение света и определение дальности (LiDAR) стали краеугольным датчиком для автономных транспортных средств, создающим трехмерные-карты окружающей среды высокого-разрешения путем измерения времени-пролета-пролета (ToF) или фазового сдвига отраженных лазерных импульсов. В основе этой технологии лежит важный, но часто упускаемый из виду выбор: длина волны лазера.

Расположенная в инфракрасном спектре, невидимом для человеческого глаза, выбранная длина волны не является произвольной. Он служит основным определяющим фактором системы LiDAR.безопасность для глаз, максимальная дальность обнаружения, устойчивость к воздействию окружающей среды и, в конечном итоге, его стоимость и масштабируемость. 

2. Глубокое погружение в преобладающие технологические направления

Длина волны 2.1 905 нм: действующий и зрелый выбор

Длина волны 905 нм стала «рабочей лошадкой» автомобильной индустрии LiDAR, в первую очередь благодаря тому, что она основана на зрелых полупроводниковых технологиях.

Технический принцип:Для обнаружения он использует лазерные диоды на основе арсенида галлия (GaAs) и высокочувствительные кремниевые (Si) лавинные фотодиоды (APD). Развитая индустрия кремниевых полупроводников делает эти компоненты легкодоступными и экономически-эффективными.

Основные преимущества:

Стоимость-Эффективность:Налаженная цепочка поставок лазеров GaAs и детекторов на основе Si- приводит к значительному снижению затрат на компоненты, что облегчает массовое производство и внедрение их в потребительские автомобили.

Доказанная зрелость:Годы разработок позволили создать надежные инженерные решения и получить обширные-данные для проверки в реальных условиях.

Системная интеграция:Компоненты относительно компактны, что позволяет использовать меньшие форм-факторы, которые легче интегрировать в конструкции транспортных средств.

Ключевые проблемы и ограничения:

Безопасность глаз:Длина волны 905 нм попадает в «область опасности для сетчатки», где хрусталик человеческого глаза фокусирует свет на сетчатку. Чтобы соответствовать строгим стандартам безопасности лазеров (IEC 60825-1), пиковая мощность на импульс должна быть строго ограничена.

Диапазон обнаружения:Это ограничение мощности напрямую ограничивает максимально достижимую дальность обнаружения, что затрудняет надежную идентификацию объектов с низкой-отражательной способностью на расстоянии более 150–200 метров.

Солнечное вмешательство:В солнечном спектре присутствует значительный фоновый шум на длине волны 905 нм, который может ухудшить отношение сигнал-к-шуму (SNR), особенно при ярком солнечном свете.

Длина волны 2.2 1550 нм: претендент на высокую-производительность

Длина волны 1550 нм представляет собой-ориентированный на производительность подход, устраняющий несколько ключевых ограничений аналога с длиной волны 905 нм.

Технический принцип:Для этой длины волны обычно используются волоконные лазеры, в которых используются волоконные усилители, легированные эрбием-, и требуются детекторы из арсенида индия-галлия (InGaAs).

Основные преимущества:

Превосходная безопасность для глаз:Расположенный в «зоне опасности для роговицы», свет с длиной волны 1550 нм в значительной степени поглощается роговицей глаза и жидкостью стекловидного тела, прежде чем достичь сетчатки. Этот запас биологической безопасности позволяет использовать пиковые уровни мощности.от 10 до 40 раз вышечем разрешено для систем 905 нм.

Более длинный диапазон обнаружения:Высокая допустимая мощность напрямую приводит к значительному увеличению дальности действия, что позволяет надежно обнаруживать объекты на расстоянии 250 метров и более, а некоторые системы способны обнаруживать объекты на расстоянии 300-500 метров. Это обеспечивает критически важное дополнительное время реакции для высокоскоростного автономного вождения.

Повышенная экологическая устойчивость:Солнечное фоновое излучение значительно ниже на длине волны 1550 нм, что приводит к более высокому SNR. Кроме того, эта более длинная длина волны демонстрирует немного лучшее проникновение через атмосферные препятствия, такие как туман, мгла и пыль.

Ключевые проблемы и ограничения:

Более высокая стоимость:И волоконные лазеры, и детекторы InGaAs более сложны и дороги в производстве, чем их аналоги на основе Si-, что влияет на общую стоимость системы.

Сложность и размер системы:Системы на основе волоконного лазера- исторически были более громоздкими и потребляли больше энергии, что создавало проблемы для беспрепятственной интеграции в автомобильную промышленность, хотя усилия по миниатюризации продолжаются.

3. Ключевые параметры производительности: сравнительный анализ

4. Синергия длины волны с новейшими-архитектурами LiDAR

Выбор длины волны все больше переплетается с базовой технологией LiDAR.

Частотно--модулированный непрерывный волновой лидар (FMCW):

Неотъемлемая зависимость:Технология FMCW, которая мгновенно измеряет скорость с помощью эффекта Доплера и обеспечивает исключительное разрешение по дальности, требует лазеров с большой длиной когерентности. Это естественное свойство волоконных лазеров, используемых в системах с длиной волны 1550 нм.

Синергетическое преимущество:FMCW + 1550 нмЭто мощное сочетание, обеспечивающее непревзойденную производительность: устойчивость к помехам от других лидаров и солнечному свету, прямое измерение скорости и исключительную точность, что делает его золотым стандартом для восприятия следующего-поколения.

Твердотельные-и оптические фазированные матрицы (OPA):

Материальные ограничения:Самые передовые платформы кремниевой фотоники для твердотельного-сканирования OPA в первую очередь оптимизированы для длин волн около 905 или 1300 нм. Разработка высоко-производительных и экономичных-систем OPA на длине волны 1550 нм на кремниевой платформе остается серьезной исследовательской и инженерной задачей.

Перспективы на будущее:Совмещение чистого-сканирования (для надежности) с оптимальной длиной волны — ключевое поле битвы для будущей разработки LiDAR.

Другие длины волн, находящиеся в стадии исследования:

Диапазон 1350–1400 нм:Этот регион рассматривается как потенциально «золотая точка», поскольку он обеспечивает лучшую безопасность для глаз, чем длина волны 905 нм, и при этом потенциально использует более экономичные-детекторные технологии, чем 1550 нм.

Коротко-инфракрасное излучение (SWIR):Более широкие диапазоны SWIR используются в специализированных (например, военных, промышленных) приложениях, но из-за стоимости они еще не получили широкого распространения в автомобильной промышленности.

5. Сценарии применения и позиционирование на рынке

Выбор оптимальной длины волны часто определяется целевым применением.

ADAS пассажирского автомобиля (L2+/L3):

Основной выбор: 905 нмВ настоящее время в этом сегменте доминируют лидары, обеспечивающие баланс между производительностью и-экономической эффективностью, необходимый для массового производства.

Премиальные и высокопроизводительные-автомобили:Передовые-модели начинают внедряться1550 нмтехнологии как ключевое отличие, рекламируя их превосходную безопасность и-возможности дальнего действия.

Роботакси/Робобус (L4/L5):

Ясная тенденция:Большинство компаний, разрабатывающих полностью автономные транспортные средства, склоняются к1550 нмсистемы. Высокие требования сложных городских условий и острая потребность в максимальной дальности обнаружения оправдывают более высокую стоимость.

Коммерческий транспорт (грузовые автомобили, логистика):

Сценарий-Зависимый выбор:Решение зависит от области оперативного проектирования (ODD). Грузовики, работающие на дальние расстояния-на автомагистралях, могут извлечь выгоду из дальнего радиуса действия 1550 нм, в то время как городские транспортные средства с более низкой-скоростью могут найти решения в 905 нм более экономически выгодными.

6. Заключение и перспективы на будущее

В заключение, длина волны автомобильного LiDAR определяется четкой дихотомией:

905 нмпредставляет собой«Прагматичный действующий президент»,чье доминирование основано на зрелой,-эффективной цепочке поставок, что делает широкое внедрение в потребительские автомобили-современной реальностью.

1550 нмвоплощает в себе«Перформанс Авангард»,предлагая убедительную дорожную карту для повышения безопасности и превосходных характеристик, что необходимо для достижения более высокого уровня автономности.

Заглядывая в будущее, отрасль не будет сходиться на одной волне. Вместо этогоразнообразная и сосуществующая экосистемапоявится. По мере развития технологий FMCW и полупроводникового сканирования ожидается, что надбавка к стоимости, связанная с системами 1550 нм, снизится, что ускорит их внедрение. В конечном счете, независимо от конкретной длины волны, неустанное стремление отрасли остается прежним: поставлять системы LiDAR, которые предлагаютбескомпромиссная безопасность, исключительная производительность, непревзойденная надежность и доступная стоимость., тем самым освещая путь к полностью автономному будущему.

Контактная информация:

Если у вас есть какие-либо идеи, не стесняйтесь говорить с нами. Независимо от того, где находятся наши клиенты и каковы наши требования, мы будем следовать нашей цели, чтобы предоставить нашим клиентам высокое качество, низкие цены и лучший сервис.