為啥自動駕駛不使用1550納米激光雷達？

[首發于智駕最前沿微信公眾號]在自動駕駛傳感器的技術路線中，激光雷達的波長選擇直接決定了探測距離、分辨率以及成本。目前市場上絕大多數車型采用的是905納米波長的激光雷達，1550納米方案雖然在技術參數上表現出顯著優勢，卻始終未能實現大規模普及。為何1550納米激光雷達難成自動駕駛主流？

1550納米激光雷達有何優勢？

激光雷達的工作原理是發射光脈沖并接收反射信號，其探測距離主要取決于發射功率。車載激光雷達必須嚴格遵守一級人眼安全標準（Class 1）。905納米光波極其接近可見光光譜，人眼晶狀體能夠將其聚焦在視網膜上。如果發射功率過高，會造成視網膜的熱損傷或光化學損傷。因此，905納米激光器的脈沖功率受到了嚴密的法規限制，這也直接限制了它的有效探測距離，在面對低反射率物體時，探測能力會止步于150米至200米。

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1550納米波長則屬于短波紅外（SWIR）范疇，其會被角膜和晶狀體等人眼的前部組織中的水分吸收，無法到達視網膜。基于此，1550納米激光雷達可以在不傷害人眼的前提下，大幅提升發射功率，其峰值功率甚至可以達到905納米方案的數十倍。高功率帶來的直接好處是極佳的信噪比，使其探測距離能夠輕松突破300米甚至500米，為自動駕駛系統在高速行駛場景下爭取到更長的感知預警時間。

大氣散射的物理規律也對波長選擇產生影響，光線在空氣中傳播時會遇到水汽和塵埃。1550納米光的瑞利散射強度低于905納米，這意味著在雨霧天氣下，1550納米光束的穿透力更強，回波信號更穩定，受環境噪音的影響也更小。

硬件上存在什么制約？

制約1550納米激光雷達普及瓶頸在于半導體材料，905納米光子能量較高，可以被廉價且工藝極其成熟的硅基探測器（如硅光電倍增管SiPM或雪崩光電探測器APD）捕捉。硅基半導體依托于全球數萬億美元規模的CMOS產業鏈，可以實現高度集成的片上系統，不僅體積小、良品率高，而且成本能夠隨著產量增加而迅速攤薄。

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然而硅材料由于其能帶結構限制，對能量較低的1550納米光子完全透明，無法產生光電效應。要探測1550納米光，必須使用化合物半導體材料，最常見的是銦鎵砷。銦鎵砷探測器的制造工藝遠比硅復雜，它需要外延生長技術，且目前無法像硅一樣實現超大規模的集成制造。這種材料的襯底價格昂貴，生產過程中的缺陷控制難度大，導致1550納米接收器的單價是905納米接收器的十倍以上。

除了接收端，發射端同樣昂貴，905納米一般采用邊發射激光器或垂直腔面發射激光器，這些都是成熟的固態電子元件。而1550納米方案為了達到高功率和高光束質量，需要引入光纖激光器。光纖激光器內部包含泵浦源、增益光纖和復雜的耦合結構，不僅結構復雜，且涉及大量的精密光學調教，這使得整個激光發射系統的體積龐大且造價不菲。

熱管理與系統集成度的考驗

高功率帶來的不僅是探測距離的提升，也會伴隨巨大的功耗。1550納米激光雷達在工作時，光纖激光器和驅動電路會產生明顯的熱量。對于自動駕駛車輛而言，傳感器是安裝在車頂或封閉的保險杠內的，散熱環境受限。如果熱量無法及時散發，激光器的波長會發生漂移，影響濾光片的匹配精度，進而導致探測距離和精度的縮減。為了解決散熱，就不得不加入復雜的液冷或風冷結構，這進一步增加了系統的體積和重量。

對于車企來說，系統集成度一直是非常重要的考量，905納米激光雷達正朝著全固態和芯片化方向演進，傳感器可以做得像手機鏡頭一樣輕巧。相比之下，由于光纖激光器的存在，1550納米激光雷達很難被壓縮到極小的尺寸。在追求低風阻和美觀的乘用車設計趨勢下，車頂上巨大的犄角或前臉厚重的傳感器艙，顯然不如隱形集成的905納米方案更具吸引力。

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目前，行業內正在嘗試通過硅光子技術來解決這一問題，其思路是在硅襯底上異質集成三五族材料，試圖將1550納米的激光發射、調制和探測全部集成在一顆硅基芯片上。如果這一技術路線能夠成熟，1550納米方案的成本和體積有望大幅下降。但在現階段，905納米方案憑借其極高的性價比、成熟的供應鏈以及足以應付多數場景的探測性能，依然是乘用車量產市場的最優解。1550納米雷達則更多地服務于對遠距感知有剛性需求的高階自動駕駛和干線物流卡車。