LiDARs für Kraftfahrzeuge gewinnen zunehmend an Interesse und decken allmählich eine breite Palette von Anwendungen ab. Automotive LiDAR verfügt jedoch über zwei gängige Laserbänder. Wir werden die Vor- und Nachteile dieser beiden Bänder erörtern, ohne auf die bildgebende Technologie einzugehen. In einem LiDAR-System erzeugt der Laser Laserimpulse; der Lasermodulator steuert die Richtung und die Kanäle des Lichts über die Strahlsteuerung. Schließlich wird das Licht durch das optische Emissionssystem auf die Ziele abgestrahlt.
Die Wellenlänge ist der wichtigste Indikator für Laser, und im Allgemeinen werden vier Faktoren berücksichtigt: die Sicherheit der menschlichen Augen, die Wechselwirkung mit der Atmosphäre, optionale Laser und Photodetektoren. Ein Laser ist ein einfarbiges Licht mit einer einzigen Wellenlänge. Verschiedene Laser können von verschiedenen Generatoren für unterschiedliche Anwendungen erzeugt werden, darunter ultraviolettes (10-400nm), sichtbares Licht (390-780nm) und infrarotes Licht (760nm-1mm). Im Wellenbereich von 400-1400 nm könnte der Laser den Glaskörper durchdringen und sich auf die Netzhaut konzentrieren. Die Photorezeptorzellen werden geschädigt, wenn die Temperatur in der Netzhaut um mehr als 10 °C ansteigt. Laser unterhalb von 400 nm oder oberhalb von 1400 nm können von der Linse und der Hornhaut absorbiert werden, so dass Hochleistungslaser in diesen Wellenbereichen Katarakte oder Verbrennungen der Kristalle verursachen können. Laser im Nahinfrarotbereich können die menschlichen Augen am ehesten schädigen, da die Fotorezeptorzellen für solche Laser nicht empfindlich sind. Eine dauerhafte Schädigung der Augen kann bereits eingetreten sein, bevor die Augen sie spüren.
Um eine Schädigung der menschlichen Augen zu vermeiden, können zwei Wellenlängenbereiche von LiDARs gewählt werden. Der eine liegt innerhalb von 1000 nm, und der typische Wert ist 905 nm. In diesem Fall könnten Silizium-Empfänger verwendet werden, bei denen es sich um ausgereifte Produkte mit niedrigen Kosten handelt. Eine andere liegt zwischen 1000 und 2000 nm, der typische Wert ist 1550 nm, diese Wellenlänge kann von Silizium nicht erfasst werden, und es werden Ge/InGaAs-Detektoren benötigt. Im Vergleich zu den InGaAs-Photodetektoren sind die Si-Detektoren in der Tat ausgereifter. Mit der rasanten Entwicklung von 1550nm LiDAR in den letzten Jahren hat sich der Preisunterschied zwischen Si- und InGaAs-Detektoren (beide beziehen sich auf APD) jedoch schnell verringert. Bei gleicher Leistung könnte die Augensicherheitsleistung des 1550nm-Lasers das 40-fache des 905nm-Lasers betragen, so dass LiDAR mit höherer Leistung einen größeren Erfassungsbereich erreichen kann. Daraus lässt sich eine erste Schlussfolgerung ziehen: Der 1550nm-Laser ist augensicherer und hat einen größeren Erfassungsbereich als der 905nm-Laser.
Der zweite Vorteil des 1550nm-Lasers gegenüber dem 905nm-Laser besteht darin, dass der 1550nm-Laser die Atmosphäre besser durchdringt und eine höhere Erkennungsgenauigkeit aufweist. Der 1550nm-Laser hat eine starke Anti-Interferenz-Fähigkeit, bessere Strahlkollimation und Helligkeit. Diese Vorteile ermöglichen einem LiDAR eine effizientere Laseremission und einen effizienteren Laserempfang, so dass eine präzisere Objekterkennung möglich ist. Darüber hinaus hat der 1550-nm-Laser eine bessere Strahldivergenz, und der Punktdurchmesser beträgt 1/4 desjenigen des 905-nm-Lasers bei einer Entfernung von 100 Metern.
Einer der Nachteile des 1550-nm-Lasers gegenüber dem 905-nm-Laser ist die Durchdringungsfähigkeit bei Regen- und Schneewetter. Zweitens verwendet 1550-nm-LiDAR im Allgemeinen Faserlaser als Lichtquelle, eine komplexere Technologie als die 905-nm-Lichtquelle. Die Kosten für Lichtquelle und Detektor, die Größe des 1550-nm-LiDAR und der Reifegrad der Lieferkette sind offensichtliche Mängel. Aufgrund des hohen Stromverbrauchs des 1550nm-Lasers ist auch die Wärmeableitung eine Herausforderung.
Die jeweiligen Vor- und Nachteile von 905nm und 1550nm liegen auf der Hand, so dass wir davon ausgehen, dass die beiden Laserwellenlängen bei LiDARs für Kraftfahrzeuge nebeneinander bestehen werden. 2
