Vilken våglängd på laser används i ett fordons-monterat Lidar-system?

1. Inledning: Våglängdens kritiska roll

Ljusdetektering och avstånd (LiDAR) har dykt upp som en hörnstenssensor för autonoma fordon och skapar tre-högupplösta, tre{1}}dimensionella kartor över miljön genom att mäta flygtiden-(ToF) eller fasförskjutningen av reflekterade laserpulser. Kärnan i denna teknik ligger ett kritiskt, men ofta förbisett, val: laserns våglängd.

Placerad inom det infraröda spektrumet, osynligt för det mänskliga ögat, är den valda våglängden inte godtycklig. Det fungerar som den primära bestämningsfaktorn för ett LiDAR-systemögonsäkerhet, maximalt detektionsräckvidd, motståndskraft mot miljöstörningar och i slutändan dess kostnad och skalbarhet. 

2. Djupdyka in i dominerande tekniska vägar

2.1 905 nm Våglängd: The Inumbent and Mature Choice

Våglängden på 905 nm har varit drivkraften för LiDAR-bilindustrin, främst på grund av dess grund i mogen halvledarteknologi.

Teknisk princip:Den använder galliumarsenid (GaAs) laserdioder och högkänsliga kisel (Si) lavinfotodioder (APD) för detektering. Kiselhalvledarindustrins mognad gör dessa komponenter lättillgängliga och kostnadseffektiva-.

Kärnfördelar:

Kostnads-effektivitet:Den etablerade leveranskedjan för GaAs-lasrar och Si-baserade detektorer resulterar i betydligt lägre komponentkostnader, vilket underlättar massproduktion och användning i konsumentfordon.

Beprövad mognad:År av utveckling har gett robusta tekniska lösningar och omfattande verkliga-valideringsdata.

Systemintegration:Komponenterna är relativt kompakta, vilket möjliggör mindre formfaktorer som är lättare att integrera i fordonsdesigner.

Viktiga utmaningar och begränsningar:

Ögonsäkerhet:Våglängden på 905 nm faller inom "retinal riskregion", där det mänskliga ögats lins fokuserar ljuset på näthinnan. För att uppfylla stränga lasersäkerhetsstandarder (IEC 60825-1), måste toppeffekten per puls vara kraftigt begränsad.

Detektionsområde:Denna effektbegränsning begränsar direkt det maximalt möjliga detektionsområdet, vilket gör det svårt att på ett tillförlitligt sätt identifiera objekt med låg-reflektivitet på avstånd över 150-200 meter.

Solstörningar:Solspektrumet har betydande bakgrundsbrus vid 905 nm, vilket kan försämra signal-till-brusförhållandet (SNR), särskilt i starkt solljus.

2.2 1550 nm våglängd: The High-Performance Contender

Våglängden på 1550 nm representerar ett prestanda-orienterat tillvägagångssätt som tar itu med flera viktiga begränsningar hos dess 905 nm-motsvarighet.

Teknisk princip:Denna våglängd använder vanligtvis fiberlasrar, som använder Erbium-dopade fiberförstärkare och kräver Indium Gallium Arsenide (InGaAs)-detektorer.

Kärnfördelar:

Överlägsen ögonsäkerhet:Beläget i "hornhinnans riskområde" absorberas 1550 nm ljus till stor del av ögats hornhinna och glaskroppsvätska innan det når näthinnan. Denna biologiska säkerhetsmarginal tillåter användning av toppeffektnivåer10 till 40 gånger högreän de som är tillåtna för 905 nm-system.

Längre detektionsintervall:Den höga tillåtna effekten leder direkt till en dramatiskt utökad räckvidd, som tillförlitligt detekterar föremål på 250 meter och längre, med vissa system som kan 300-500 meter. Detta ger kritisk extra reaktionstid för höghastighets autonom körning.

Förbättrad miljöresiliens:Solens bakgrundsstrålning är betydligt lägre vid 1550 nm, vilket leder till en överlägsen SNR. Dessutom uppvisar denna längre våglängd något bättre penetration genom atmosfäriska skymningar som dimma, dimma och damm.

Viktiga utmaningar och begränsningar:

Högre kostnad:Både fiberlasrarna och InGaAs-detektorerna är mer komplexa och dyrare att tillverka än sina Si--baserade motsvarigheter, vilket påverkar den totala systemkostnaden.

Systemets komplexitet och storlek:Fiberlaserbaserade-system har historiskt sett varit skrymmande och förbrukat mer ström, vilket innebär utmaningar för sömlös bilintegration, även om miniatyriseringsarbete pågår.

3. Nyckelprestandadimensioner: En jämförande analys

4. Våglängdssynergi med banbrytande-LiDAR-arkitekturer

Valet av våglängd är allt mer sammanflätat med den bakomliggande LiDAR-teknologin.

Frequency-Modulated Continuous Wave (FMCW) LiDAR:

Inneboende beroende:FMCW-teknik, som mäter hastigheten direkt via dopplereffekten och ger exceptionell räckviddsupplösning, kräver lasrar med långa koherenslängder. Detta är en naturlig egenskap hos fiberlasrarna som används för 1550 nm-system.

Synergistisk fördel:DeFMCW + 1550 nmkombinationen är ett kraftpaket som ger oöverträffad prestanda: immunitet mot störningar från andra LiDAR och solljus, direkt hastighetsmätning och extrem noggrannhet, vilket placerar den som guldstandarden för nästa-generations uppfattning.

Solid- och Optical Phased Arrays (OPA):

Materialbegränsningar:De mest avancerade kiselfotonikplattformarna för -solid-state OPA-skanning är främst optimerade för våglängder runt 905 nm eller 1300 nm. Att utveckla-högpresterande, kostnadseffektiva-OPA-system vid 1550 nm på en kiselplattform är fortfarande en betydande forsknings- och ingenjörsutmaning.

Framtidsutsikter:Konvergensen av ren halvledarskanning- (för tillförlitlighet) med en optimal våglängd är en viktig stridsplats för framtida LiDAR-utveckling.

Andra våglängder under utredning:

1350-1400 nm band:Denna region utforskas som en potentiell "sweet spot", som erbjuder bättre ögonsäkerhet än 905 nm samtidigt som den potentiellt utnyttjar mer kostnadseffektiv detektorteknik än 1550 nm.

Kort-infraröd våg (SWIR):Bredare SWIR-band används i specialiserade (t.ex. militära, industriella) applikationer men har ännu inte sett en utbredd användning av bilar på grund av kostnaden.

5. Applikationsscenarier och marknadspositionering

Det optimala våglängdsvalet dikteras ofta av målapplikationen.

Passagerarfordon ADAS (L2+/L3):

Vanligt val: 905 nmLiDAR dominerar för närvarande detta segment och skapar en balans mellan prestanda och kostnadseffektivitet-som krävs för volymproduktion.

Premium- och högpresterande-fordon:Ledande-modeller börjar ta till sig1550 nmtekniken som en viktig skillnad, marknadsför dess överlägsna säkerhet och långa-möjligheter.

Robotaxi / Robobus (L4/L5):

Rensa trend:De flesta företag som utvecklar helt autonoma fordon lutar åt1550 nmsystem. De höga kraven på komplexa stadsmiljöer och det kritiska behovet av maximalt detekteringsområde motiverar den högre kostnaden.

Kommersiella fordon (lastbilar, logistik):

Scenario-Beroende val:Beslutet beror på den operationella designdomänen (ODD). Långa-lastbilar på motorvägar kan dra nytta av 1550 nm långa räckvidd, medan stadsleveransfordon med lägre-hastighet kan hitta 905 nm-lösningar som är mer ekonomiskt lönsamma.

6. Slutsats och framtidsperspektiv

Sammanfattningsvis definieras landskapet för LiDAR-våglängd för bilar av en tydlig dikotomi:

905 nmrepresenterar"Pragmatisk sittande",vars dominans bottnar i en mogen, kostnadseffektiv-försörjningskedja, vilket gör den utbredda användningen av konsumentfordon till en-daglig verklighet.

1550 nmförkroppsligar"Performance Vanguard,"erbjuder en övertygande färdplan mot högre säkerhet och överlägsen prestanda, vilket är avgörande för att uppnå högre nivåer av självständighet.

När vi ser framåt kommer branschen inte att konvergera på en enda våglängd. Istället, amångfaldiga och samexisterande ekosystemkommer att dyka upp. När FMCW- och solid state-skanningstekniker mognar, förväntas kostnadspremien för 1550 nm-system att minska, vilket påskyndar införandet av dem. I slutändan, oavsett den specifika våglängden, förblir branschens obevekliga strävan densamma: att leverera LiDAR-system som erbjuderkompromisslös säkerhet, exceptionell prestanda, oöverträffad tillförlitlighet och lättillgänglig kostnad, och därigenom belysa vägen mot en helt autonom framtid.

Kontaktinformation:

Om du har några idéer får du gärna prata med oss. Oavsett var våra kunder är och vilka våra krav är, kommer vi att följa vårt mål att ge våra kunder hög kvalitet, låga priser och den bästa servicen.