Welke golflengte van de laser wordt gebruikt in een op een voertuig-Lidar-systeem?

1. Inleiding: de cruciale rol van golflengte

Light Detection and Ranging (LiDAR) is uitgegroeid tot een hoeksteensensor voor autonome voertuigen, die driedimensionale kaarten met hoge-resolutie- van de omgeving creëert door de tijd-van-vlucht (ToF) of faseverschuiving van gereflecteerde laserpulsen te meten. De kern van deze technologie wordt gevormd door een cruciale, maar vaak over het hoofd geziene keuze: de golflengte van de laser.

Gepositioneerd binnen het infraroodspectrum, onzichtbaar voor het menselijk oog, is de geselecteerde golflengte niet willekeurig. Het dient als de belangrijkste bepalende factor voor een LiDAR-systeemoogveiligheid, maximaal detectiebereik, veerkracht tegen omgevingsinterferentie en uiteindelijk de kosten en schaalbaarheid ervan. 

2. Duik diep in de belangrijkste technologische paden

2.1 905 nm golflengte: de gevestigde en volwassen keuze

De golflengte van 905 nm is het werkpaard van de auto-LiDAR-industrie, voornamelijk vanwege de basis ervan in volwassen halfgeleidertechnologie.

Technisch principe:Het maakt gebruik van galliumarsenide (GaAs) laserdiodes en zeer gevoelige silicium (Si) lawinefotodiodes (APD's) voor detectie. De volwassenheid van de siliciumhalfgeleiderindustrie maakt deze componenten direct beschikbaar en kosteneffectief.

Kernvoordelen:

Kosten-Effectiviteit:De gevestigde toeleveringsketen voor GaAs-lasers en op Si-gebaseerde detectoren resulteert in aanzienlijk lagere componentkosten, waardoor massaproductie en acceptatie in consumentenvoertuigen wordt vergemakkelijkt.

Bewezen volwassenheid:Jarenlange ontwikkeling heeft robuuste technische oplossingen en uitgebreide validatiegegevens uit de echte-wereld opgeleverd.

Systeemintegratie:De componenten zijn relatief compact, waardoor kleinere vormfactoren mogelijk zijn die gemakkelijker in voertuigontwerpen kunnen worden geïntegreerd.

Belangrijkste uitdagingen en beperkingen:

Oogveiligheid:De golflengte van 905 nm valt binnen het ‘retinale gevarengebied’, waar de lens van het menselijk oog het licht op het netvlies focust. Om te voldoen aan de strenge laserveiligheidsnormen (IEC 60825-1), moet het piekvermogen per puls ernstig worden beperkt.

Detectiebereik:Deze vermogensbeperking beperkt direct het maximaal haalbare detectiebereik, waardoor het een uitdaging wordt om op betrouwbare wijze objecten met een laag-reflectievermogen te identificeren op afstanden groter dan 150-200 meter.

Zonne-interferentie:Het zonnespectrum heeft aanzienlijke achtergrondruis bij 905 nm, wat de signaal-tot-ruisverhouding (SNR) kan verslechteren, vooral bij fel zonlicht.

2.2 1550 nm-golflengte: de concurrent met hoge- prestaties

De golflengte van 1550 nm vertegenwoordigt een prestatiegerichte benadering-, waarbij een aantal belangrijke beperkingen van de tegenhanger van 905 nm worden aangepakt.

Technisch principe:Bij deze golflengte worden doorgaans fiberlasers gebruikt, die gebruikmaken van Erbium-gedoteerde vezelversterkers en waarvoor Indium Gallium Arsenide (InGaAs)-detectoren nodig zijn.

Kernvoordelen:

Superieure oogveiligheid:Gelegen in het "hoornvliesgevaargebied", wordt 1550 nm licht grotendeels geabsorbeerd door het hoornvlies en het glasvocht van het oog voordat het het netvlies bereikt. Deze biologische veiligheidsmarge maakt het gebruik van piekvermogensniveaus mogelijk10 tot 40 keer hogerdan die toegestaan ​​voor 905 nm-systemen.

Langer detectiebereik:Het hoge toegestane vermogen vertaalt zich direct in een aanzienlijk groter bereik, waarbij objecten op een afstand van 250 meter en verder betrouwbaar worden gedetecteerd, waarbij sommige systemen tot 300-500 meter kunnen reiken. Dit levert kritische extra reactietijd op voor autonoom rijden op hoge snelheid.

Verbeterde ecologische veerkracht:De achtergrondstraling van de zon is aanzienlijk lager bij 1550 nm, wat leidt tot een superieure SNR. Bovendien vertoont deze langere golflengte een iets betere penetratie door atmosferische verduisterende stoffen zoals mist, nevel en stof.

Belangrijkste uitdagingen en beperkingen:

Hogere kosten:Zowel de fiberlasers als de InGaAs-detectoren zijn complexer en duurder om te vervaardigen dan hun op Si-gebaseerde tegenhangers, wat een impact heeft op de totale systeemkosten.

Systeemcomplexiteit en -grootte:Systemen op basis van fiberlasers- zijn van oudsher omvangrijker en verbruiken meer stroom, wat uitdagingen met zich meebrengt voor een naadloze integratie in de auto-industrie, hoewel de inspanningen op het gebied van miniaturisatie voortgaan.

3. Belangrijkste prestatiedimensies: een vergelijkende analyse

4. Golflengtesynergie met geavanceerde-Edge LiDAR-architecturen

De golflengtekeuze raakt steeds meer verweven met de onderliggende LiDAR-technologie.

Frequentie-Gemoduleerde continue golf (FMCW) LiDAR:

Inherente afhankelijkheid:FMCW-technologie, die de snelheid direct meet via het Doppler-effect en een uitzonderlijke bereikresolutie biedt, vereist lasers met lange coherentielengtes. Dit is een natuurlijke eigenschap van de fiberlasers die worden gebruikt voor 1550 nm-systemen.

Synergetisch voordeel:DeFMCW + 1550 nmcombinatie is een krachtpatser die ongeëvenaarde prestaties levert: immuniteit voor interferentie van andere LiDAR's en zonlicht, directe snelheidsmeting en extreme nauwkeurigheid, waardoor het de gouden standaard wordt voor de perceptie van de volgende- generatie.

Solid- en optische Phased Arrays (OPA):

Materiaalbeperkingen:De meest geavanceerde siliciumfotonicaplatforms voor OPA-scannen in vaste{0}} toestand zijn voornamelijk geoptimaliseerd voor golflengten rond 905 nm of 1300 nm. Het ontwikkelen van hoogwaardige, kosteneffectieve OPA-systemen bij 1550 nm op een siliciumplatform blijft een aanzienlijke onderzoeks- en technische uitdaging.

Toekomstperspectief:De convergentie van pure solid{0}}-scanning (voor betrouwbaarheid) met een optimale golflengte is een belangrijk strijdtoneel voor de toekomstige LiDAR-ontwikkeling.

Andere golflengten die worden onderzocht:

1350-1400 nm-band:Deze regio wordt onderzocht als een potentiële 'sweet spot', die een betere oogveiligheid biedt dan 905 nm, terwijl potentieel meer kosten-effectievere detectortechnologieën dan 1550 nm worden benut.

Korte-golf-infrarood (SWIR):Bredere SWIR-banden worden gebruikt in gespecialiseerde (bijvoorbeeld militaire, industriële) toepassingen, maar moeten vanwege de kosten nog niet op grote schaal worden toegepast in de automobielsector.

5. Toepassingsscenario's en marktpositionering

De optimale golflengtekeuze wordt vaak bepaald door de doeltoepassing.

Passagiersvoertuig ADAS (L2+/L3):

Mainstream-keuze: 905 nmLiDAR's domineren momenteel dit segment en zorgen voor een evenwicht tussen prestaties en de kosteneffectiviteit die nodig is voor volumeproductie.

Premium- en krachtige-voertuigen:Toonaangevende-modellen beginnen hun intrede te doen1550 nmtechnologie als een belangrijke onderscheidende factor, waarbij de superieure veiligheid en mogelijkheden op lange- afstanden op de markt worden gebracht.

Robotaxi / Robobus (L4/L5):

Duidelijke trend:De meeste bedrijven die volledig autonome voertuigen ontwikkelen, neigen hiernaar1550 nmsystemen. De veeleisende eisen van complexe stedelijke omgevingen en de kritische behoefte aan een maximaal detectiebereik rechtvaardigen de hogere kosten.

Bedrijfsvoertuigen (vrachtwagens, logistiek):

Scenario-Afhankelijke keuze:De beslissing hangt af van het operationeel ontwerpdomein (ODD). Lange- vrachtwagens op snelwegen kunnen profiteren van het grote bereik van 1550 nm, terwijl stedelijke bestelwagens met een lagere- snelheid wellicht 905 nm-oplossingen economisch haalbaarder vinden.

6. Conclusie en toekomstperspectief

Concluderend kan worden gesteld dat het landschap van de LiDAR-golflengte in de auto-industrie wordt bepaald door een duidelijke dichotomie:

905 nmvertegenwoordigt de"Pragmatische gevestigde exploitant,"waarvan de dominantie is geworteld in een volwassen, kosteneffectieve toeleveringsketen, waardoor wijdverbreide adoptie in consumentenvoertuigen een hedendaagse realiteit is geworden.

1550 nmbelichaamt de"Prestatievoorhoede",het bieden van een overtuigende routekaart naar hogere veiligheid en superieure prestaties, wat essentieel is voor het bereiken van een hoger niveau van autonomie.

Vooruitkijkend zal de industrie niet op één golflengte convergeren. In plaats daarvan wordt eendivers en naast elkaar bestaand ecosysteemzal ontstaan. Naarmate FMCW- en solid{1}}scantechnologieën volwassener worden, wordt verwacht dat de kostenpremie die gepaard gaat met 1550 nm-systemen zal afnemen, waardoor de acceptatie ervan zal versnellen. Uiteindelijk blijft het meedogenloze streven van de industrie, ongeacht de specifieke golflengte, hetzelfde: het leveren van LiDAR-systemen diecompromisloze veiligheid, uitzonderlijke prestaties, ongeëvenaarde betrouwbaarheid en toegankelijke kosten, waardoor het pad naar een volledig autonome toekomst wordt verlicht.

Contactgegevens:

Heeft u ideeën? Neem dan gerust contact met ons op. Waar onze klanten zich ook bevinden en wat onze eisen ook zijn, wij zullen ons doel volgen om onze klanten hoge kwaliteit, lage prijzen en de beste service te bieden.