为啥自动驾驶不使用1550纳米激光雷达？

[首发于智驾最前沿微信公众号]在自动驾驶传感器的技术路线中，激光雷达的波长选择直接决定了探测距离、分辨率以及成本。目前市场上绝大多数车型采用的是905纳米波长的激光雷达，1550纳米方案虽然在技术参数上表现出显著优势，却始终未能实现大规模普及。为何1550纳米激光雷达难成自动驾驶主流？

1550纳米激光雷达有何优势？

激光雷达的工作原理是发射光脉冲并接收反射信号，其探测距离主要取决于发射功率。车载激光雷达必须严格遵守一级人眼安全标准（Class 1）。905纳米光波极其接近可见光光谱，人眼晶状体能够将其聚焦在视网膜上。如果发射功率过高，会造成视网膜的热损伤或光化学损伤。因此，905纳米激光器的脉冲功率受到了严密的法规限制，这也直接限制了它的有效探测距离，在面对低反射率物体时，探测能力会止步于150米至200米。

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1550纳米波长则属于短波红外（SWIR）范畴，其会被角膜和晶状体等人眼的前部组织中的水分吸收，无法到达视网膜。基于此，1550纳米激光雷达可以在不伤害人眼的前提下，大幅提升发射功率，其峰值功率甚至可以达到905纳米方案的数十倍。高功率带来的直接好处是极佳的信噪比，使其探测距离能够轻松突破300米甚至500米，为自动驾驶系统在高速行驶场景下争取到更长的感知预警时间。

大气散射的物理规律也对波长选择产生影响，光线在空气中传播时会遇到水汽和尘埃。1550纳米光的瑞利散射强度低于905纳米，这意味着在雨雾天气下，1550纳米光束的穿透力更强，回波信号更稳定，受环境噪音的影响也更小。

硬件上存在什么制约？

制约1550纳米激光雷达普及瓶颈在于半导体材料，905纳米光子能量较高，可以被廉价且工艺极其成熟的硅基探测器（如硅光电倍增管SiPM或雪崩光电探测器APD）捕捉。硅基半导体依托于全球数万亿美元规模的CMOS产业链，可以实现高度集成的片上系统，不仅体积小、良品率高，而且成本能够随着产量增加而迅速摊薄。

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然而硅材料由于其能带结构限制，对能量较低的1550纳米光子完全透明，无法产生光电效应。要探测1550纳米光，必须使用化合物半导体材料，最常见的是铟镓砷。铟镓砷探测器的制造工艺远比硅复杂，它需要外延生长技术，且目前无法像硅一样实现超大规模的集成制造。这种材料的衬底价格昂贵，生产过程中的缺陷控制难度大，导致1550纳米接收器的单价是905纳米接收器的十倍以上。

除了接收端，发射端同样昂贵，905纳米一般采用边发射激光器或垂直腔面发射激光器，这些都是成熟的固态电子元件。而1550纳米方案为了达到高功率和高光束质量，需要引入光纤激光器。光纤激光器内部包含泵浦源、增益光纤和复杂的耦合结构，不仅结构复杂，且涉及大量的精密光学调教，这使得整个激光发射系统的体积庞大且造价不菲。

热管理与系统集成度的考验

高功率带来的不仅是探测距离的提升，也会伴随巨大的功耗。1550纳米激光雷达在工作时，光纤激光器和驱动电路会产生明显的热量。对于自动驾驶车辆而言，传感器是安装在车顶或封闭的保险杠内的，散热环境受限。如果热量无法及时散发，激光器的波长会发生漂移，影响滤光片的匹配精度，进而导致探测距离和精度的缩减。为了解决散热，就不得不加入复杂的液冷或风冷结构，这进一步增加了系统的体积和重量。

对于车企来说，系统集成度一直是非常重要的考量，905纳米激光雷达正朝着全固态和芯片化方向演进，传感器可以做得像手机镜头一样轻巧。相比之下，由于光纤激光器的存在，1550纳米激光雷达很难被压缩到极小的尺寸。在追求低风阻和美观的乘用车设计趋势下，车顶上巨大的犄角或前脸厚重的传感器舱，显然不如隐形集成的905纳米方案更具吸引力。

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目前，行业内正在尝试通过硅光子技术来解决这一问题，其思路是在硅衬底上异质集成三五族材料，试图将1550纳米的激光发射、调制和探测全部集成在一颗硅基芯片上。如果这一技术路线能够成熟，1550纳米方案的成本和体积有望大幅下降。但在现阶段，905纳米方案凭借其极高的性价比、成熟的供应链以及足以应付多数场景的探测性能，依然是乘用车量产市场的最优解。1550纳米雷达则更多地服务于对远距感知有刚性需求的高阶自动驾驶和干线物流卡车。