車載激光雷達光學鏡片波長與結構的協(xié)同進化

隨著自動駕駛技術的快速發(fā)展，車載激光雷達（LiDAR）成為環(huán)境感知的核心傳感器之一。其性能高度依賴于不同光學鏡片的設計與制造，因此衍生出不同的結構類型（固定式與旋轉式）的激光雷達，針對不同光學鏡片選擇也表現(xiàn)出差異化的技術要求。

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一、波長特性與鏡片材料選擇

在激光雷達的波長選擇常見的應用波段為905nm與1550nm兩個波段，以905nm激光雷達為例，在材料選擇上905nm屬于近紅外波段，傳統(tǒng)光學玻璃（如BK7、熔融石英）即可滿足透光需求，其成本相對較低，從安全性考量，由于人眼視網(wǎng)膜對905nm敏感，因此在鏡片設計上需嚴格控制激光功率，優(yōu)先考慮光束擴散角與能量分布的優(yōu)化。

（激埃特激光雷達BP905窄帶濾光片）

1550nm激光雷達，材料方面，1550nm屬于中紅外波段，普通玻璃透光率在此范圍顯著下降，因此需采用氟化鈣（CaF?）、硫系玻璃（如Ge-As-Se）或硅基材料，確保高透光率（>95%）滿足需求，性能優(yōu)勢上1550nm對人眼更安全，允許更高功率輸出，提升探測距離（可達300米以上），但材料成本與加工復雜度更高，這不斷提高了其交期和制作時長。

二、固定式與旋轉式結構對鏡片設計的差異化需求

激光雷達的結構類型決定了光學鏡片的動態(tài)性能與機械穩(wěn)定性要求，一般分為固定式與旋轉式結構激光雷達。固定式激光雷達（固態(tài)LiDAR）需滿足廣角覆蓋需求，一般采用MEMS微振鏡或光學相控陣（OPA）技術，且鏡片需支持大視場角（如120°×25°），同時抑制像差。鏡片為適應芯片級集成需微型化，非球面透鏡與自由曲面鏡片在此的應用廣泛，以壓縮光學系統(tǒng)體積。  

（激埃特新加坡非球面透鏡展品攝圖）

旋轉式激光雷達（機械掃描式）需面臨動態(tài)穩(wěn)定性挑戰(zhàn)，其旋轉部件帶來振動與離心力，鏡片需具備高機械強度，并通過輕量化設計（如碳纖維框架）降低慣性影響，同時在抗環(huán)境老化方面，外露鏡片需覆蓋防水、防污鍍膜，并采用高強度材料（如藍寶石玻璃）抵御風沙磨損。  

三、光學鍍膜：提升性能的核心工藝

光學鍍膜是平衡透光率、耐用性與環(huán)境適應性的關鍵， 

1.抗反射鍍膜（AR Coating）：針對特定波長（如1550nm）優(yōu)化，單層或多層鍍膜可將鏡片表面反射率降至0.5%以下，提升光能利用率。  

2. 環(huán)境防護鍍膜：疏水鍍膜（Hydrophobic Coating）可減少雨雪附著，防霧鍍膜（Anti-Fog Coating）適應溫差變化，確保全天候可靠性。  

3. 激光防護鍍膜：高功率激光可能損傷鏡片表面，通過硬質鍍膜（如類金剛石涂層）提升耐高溫與抗燒蝕能力。  

（激埃特雷達紅外激光BP1550窄帶濾光片）

四、未來趨勢：智能化與集成化鏡片技術

1. 自適應光學鏡片：動態(tài)調(diào)焦鏡片（如液晶透鏡）可根據(jù)探測場景實時調(diào)整焦距，兼顧遠距高分辨率與近距廣角覆蓋。  

2. 多功能集成光學模組：將發(fā)射、接收鏡片與濾光片集成于同一光學基底，減少組裝誤差并提升系統(tǒng)信噪比。  

3. 新材料探索：氮化硅（Si?N?）等高折射率材料可進一步縮小光學系統(tǒng)體積，同時兼容905nm與1550nm雙波段設計。  

車載激光雷達光學鏡片的設計需緊密圍繞波長特性與結構類型展開，同時平衡性能、成本與可靠性。隨著自動駕駛向L4/L5級邁進，光學鏡片將朝著智能化、高環(huán)境魯棒性的方向持續(xù)進化，成為推動LiDAR技術突破的關鍵載體。未來，新材料與鍍膜工藝的創(chuàng)新，或將為激光雷達打開更廣闊的應用場景。