谈谈激光雷达的波长

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一 电磁波谱与波长
无论是光还是狭义的电波，其广义上都是电磁波，传播速度都是光速，只是频率存在差异。按频率由低到高排序依次为：无线电、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。

以太阳辐射为例，太阳辐射主要集中在可见光部分（0.4～0.76μm），波长大于可见光的红外线（>0.76μm）和小于可见光的紫外线（<0.4μm）的部分少。在全部辐射能中，波长在0.15～4μm之间的占99%以上，且主要分布在可见光区和红、紫外区，可见光区占太阳辐射总能量的约50%，红外区占约43%，紫外区的太阳辐射能很少，只占总量的约7%。

二 可见光
其中可见光是电磁波谱中人眼可以感知的部分，可见光谱没有精确的范围；一般人的眼睛可以感知的电磁波的波长在400～760nm之间，但还有一些人能够感知到波长大约在380～780nm之间的电磁波。

不同波长的可见光和其对应的颜色如下

红 770～622nm

橙 622～597nm

黄 597～577nm

绿 577～492nm

蓝、靛 492～455nm

紫 455～350nm

三 红外光
红外线是频率介于微波与可见光之间的电磁波，波长在1mm至750nm之间，是频率比红光低的非可见光。一般分为以下三种

近红外线（Near Infra-red， NIR）：2.5μm ~ 0.7μm

中红外线（Middle Infra-red， MIR）：25μm ~ 2.5μm

远红外线（Far Infra-red， FIR）：500μm ~ 25μm

四 可见激光
激光是20世纪以来继核能、电脑、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”。英文名Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，意思是“通过受激辐射光扩大”。激光的英文全名已经完全表达了制造激光的主要过程。激光的原理早在 1916年已被著名的犹太裔物理学家爱因斯坦发现。

原子受激辐射的光，故名“激光”：原子中的电子吸收能量后从低能级跃迁到高能级，再从高能级回落到低能级的时候，所释放的能量以光子的形式放出。被引诱（激发）出来的光子束（激光），其中的光子光学特性高度一致。因此激光相比普通光源单色性、方向性好，亮度更高。

从上述描述可以看出，激光的特性并非其波段，而是产生激光的形式——“受激辐射的扩大”。因此激光可以存在于多个波谱中，不同波段的激光的产生方式存在不同。

以可见激光为例，其一般见于激光水平仪（绿光）和激光笔、激光测距仪（红光）。

早期的激光笔使用波长为633纳米（nm）的氦氖（HeNe）气体激光，通常用于产生能量不超过1mW的激光束。最便宜的激光笔使用波长接近670/650nm的深红色激光二极管。稍贵的则使用波长为635nm的红-橙色二极管，这一波长更易于为人眼所识别。也有其他颜色的激光笔，最常见的是波长为532nm的绿光。

所说的红外线测距仪指的就是激光红外线测距仪，也就是激光测距仪。

五 近红外激光雷达
与可见激光相比，波长更长的近红外激光的穿透性更好，且更不容易受太阳光影响，因此更多的应用在了远距离的激光雷达中。常见的波长有850nm，905nm和1550nm.

850nm的激光雷达一般用于近距。因为容易发生红暴，红暴是由于所发射的红外线中包含可见光的成分。波长超过700nm的光线叫做红外线，900nm以上的红外线基本无红暴，波长越短，红暴越强，红外线感应度也越高。北醒TF02激光雷达是一款单点测距激光雷达，量程可达22m,可在室外强光下稳定工作。

传统激光雷达以905nm波长近红外激光为主，该波长激光器件相对成熟，成本较低，但考虑到人眼安全要求，激光功率受到明显限制，同时太阳光中存在较多近红外背景光，传感器信噪比物理上受限，最大探测距离限制在150米左右。905nm产品有velodyne、速腾聚创、镭神等。

用于激光雷达的边发射激光器，最常用的是InGaAs/GaAs应变量子阱脉冲激光二极管(PLD, Pulsed laser diode)，波长以905 nm最为流行。

相较于1550 nm波长，905 nm的主要优点是硅在该波长处吸收光子，而硅基光电探测器通常比探测1550 nm光所需的铟镓砷(InGaAs)近红外探测器更加成熟，从成本和整体成熟度方面来讲是大批量应用的必然选择，性价比更高。

1550 nm波长的激光光源也是某些车载激光雷达产品选择的光。原因是1550 nm激光远离人眼吸收的可见光光谱，相比于905 nm激光, 同等功率的1550 nm激光人眼安全性提高40倍。背景光干扰问题相对较小，可以实现远距离探测；同时采用相干技术，探测器只对自身发射的激光回波响应，信噪比远高于905nm-ToF激光雷达，最大探测距离可以达到1000米以上，特殊场景下可以达到数公里。

在相同人眼安全等级的功率下，905 nm激光雷达很难在200 m以外的高速公路上看到高度为10 cm左右的物体，但是1550 nm激光雷达却可以将检测距离提高到300 m以上。此外，1550 nm配合调频连续波(FMCW)的技术，不仅可以检测距离，同时可以利用多普勒频移来测量物体的速度。大气穿透能力强，人眼安全性高是1550 nm激光光源的显著特点，但是相较于905 nm激光雷达，1550 nm激光雷达在光源及探测器成本、体积以及供应链成熟度上还有明显的不足。

1550 nm激光雷达一般采用光纤激光器作为光源， 主要厂家有法国Lumibird、昂纳此外也有一些激光雷达公司采用自已开发的光纤激光器，如美国Luminar、镭神智能等。

参考引文
红外线（频率介于微波与可见光之间的电磁波）_百度百科

激光笔的颜色类型及各工作原理分析-电子发烧友网

可见光波长和颜色的对应关系_For better 的专栏-优快云博客_可见光波长

激光（受激辐射光放大）_百度百科

奚庆新：激光雷达光源波长选择

激光雷达（LiDAR）–参数才是决定激光光源选择的因素-电子发烧友网

4种常用车载激光雷达光源技术的优缺点解析_nm