激光雷达是是实现SLAM技术的前提,利用SLAM机器人可以实现高效的地图分层、路径规划、智能避障等。主流激光雷达通常采用905nm,940nm,1550nm这几个特定波长,那这些波长是怎么挑选出来的呢?我们可以从激光发射、接收,以及传输过程中的应用场景来分析。
应用场景
人眼视觉:车载激光雷达首先要避开可见光波段,也就是380~780nm,这个波段范围人眼直接可见,直接对用户造成光污染,如果功率过大,会对视网膜造成不可逆的损伤,因此首先排除掉可见光波段。
透雾能力:车载激光雷达对透雨雾有很高的要求,长波受雾散射比短波稍小,从这个层面上来讲,应该选择近红外甚至长波红外。
大气吸收:如果要考虑长距离探测,则波长的选择要避开大气吸收峰。
结论:选择可见或近红外激光。
激光器
紫外激光器:由于没有直接的能级匹配,紫外激光的电光转换效率通常远低于红外或可见光激光,紫外固体激光器的整体电光转换效率仅1%~3%左右,紫外准分子激光器的转换效率通常也不超过5%,能效比非常低,导致激光器的散热结构非常庞大。
可见和近红外激光器:尤其是半导体激光器电光转换效率可以达到30%~60%。
长波红外激光器:如CO2激光器,虽然激光器本身转换效率可达10%-20%,将电能转化为气体分子的振动/转动能,再产生激光,这个过程相对于直接利用电子跃迁的半导体激光器。来说,通常还是不够直接,导致激光器结构利用率过低。
结论:选择可见或近红外激光。
光电探测器
硅探测器:常用的CMOS传感器,探测范围0.4~1.1μm,技术成熟,集成度高,成本低廉。
铟镓砷探测器:探测范围0.9~1.7μm,可在室温或轻度制冷下工作,在光纤通信、激光雷达、光谱分析中广泛应用。
锑化铟探测器:探测范围3.0~5.0μm,灵敏度非常高,热噪声非常明显,器件需要制冷,系统价格昂贵。
碲镉汞探测器:探测范围3 ~5及8~14μm,材料生长困难,均匀性差,价格极其昂贵,且器件需要制冷。
结论:从消费市场来讲,探测器优选硅和铟镓砷,对应光谱范围在0.4~1.7μm。
常用波长对比
从应用场景,激光器,光电探测器等维度出发,我们发现可选的波长分布在近红外波段。我们把905nm和1550nm列表对比如下:

思考一下
最近泳池机器人势头很猛,如果要做水下激光雷达,用什么波长合适呢?

