车载激光雷达光学镜片波长与结构的协同进化

随着自动驾驶技术的快速发展，车载激光雷达（LiDAR）成为环境感知的核心传感器之一。其性能高度依赖于不同光学镜片的设计与制造，因此衍生出不同的结构类型（固定式与旋转式）的激光雷达，针对不同光学镜片选择也表现出差异化的技术要求。

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一、波长特性与镜片材料选择

在激光雷达的波长选择常见的应用波段为905nm与1550nm两个波段，以905nm激光雷达为例，在材料选择上905nm属于近红外波段，传统光学玻璃（如BK7、熔融石英）即可满足透光需求，其成本相对较低，从安全性考量，由于人眼视网膜对905nm敏感，因此在镜片设计上需严格控制激光功率，优先考虑光束扩散角与能量分布的优化。

（激埃特激光雷达BP905窄带滤光片）

1550nm激光雷达，材料方面，1550nm属于中红外波段，普通玻璃透光率在此范围显著下降，因此需采用氟化钙（CaF₂）、硫系玻璃（如Ge-As-Se）或硅基材料，确保高透光率（>95%）满足需求，性能优势上1550nm对人眼更安全，允许更高功率输出，提升探测距离（可达300米以上），但材料成本与加工复杂度更高，这不断提高了其交期和制作时长。

二、固定式与旋转式结构对镜片设计的差异化需求

激光雷达的结构类型决定了光学镜片的动态性能与机械稳定性要求，一般分为固定式与旋转式结构激光雷达。固定式激光雷达（固态LiDAR）需满足广角覆盖需求，一般采用MEMS微振镜或光学相控阵（OPA）技术，且镜片需支持大视场角（如120°×25°），同时抑制像差。镜片为适应芯片级集成需微型化，非球面透镜与自由曲面镜片在此的应用广泛，以压缩光学系统体积。  

（激埃特新加坡非球面透镜展品摄图）

旋转式激光雷达（机械扫描式）需面临动态稳定性挑战，其旋转部件带来振动与离心力，镜片需具备高机械强度，并通过轻量化设计（如碳纤维框架）降低惯性影响，同时在抗环境老化方面，外露镜片需覆盖防水、防污镀膜，并采用高强度材料（如蓝宝石玻璃）抵御风沙磨损。  

三、光学镀膜：提升性能的核心工艺

光学镀膜是平衡透光率、耐用性与环境适应性的关键， 

1.抗反射镀膜（AR Coating）：针对特定波长（如1550nm）优化，单层或多层镀膜可将镜片表面反射率降至0.5%以下，提升光能利用率。  

2. 环境防护镀膜：疏水镀膜（Hydrophobic Coating）可减少雨雪附着，防雾镀膜（Anti-Fog Coating）适应温差变化，确保全天候可靠性。  

3. 激光防护镀膜：高功率激光可能损伤镜片表面，通过硬质镀膜（如类金刚石涂层）提升耐高温与抗烧蚀能力。  

（激埃特雷达红外激光BP1550窄带滤光片）

四、未来趋势：智能化与集成化镜片技术

1. 自适应光学镜片：动态调焦镜片（如液晶透镜）可根据探测场景实时调整焦距，兼顾远距高分辨率与近距广角覆盖。  

2. 多功能集成光学模组：将发射、接收镜片与滤光片集成于同一光学基底，减少组装误差并提升系统信噪比。  

3. 新材料探索：氮化硅（Si₃N₄）等高折射率材料可进一步缩小光学系统体积，同时兼容905nm与1550nm双波段设计。  

车载激光雷达光学镜片的设计需紧密围绕波长特性与结构类型展开，同时平衡性能、成本与可靠性。随着自动驾驶向L4/L5级迈进，光学镜片将朝着智能化、高环境鲁棒性的方向持续进化，成为推动LiDAR技术突破的关键载体。未来，新材料与镀膜工艺的创新，或将为激光雷达打开更广阔的应用场景。