激光雷达：905与1550的战争

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在去年8月底发布的《什么是激光雷达的“发动机技术”讲透行业技术壁垒》一文中，九章智驾曾提出：激光雷达真正的壁垒在于激光收发系统，而不是“机械旋转”“半固态”“转镜”“棱镜”“MEMS”这些词语所代表的扫描系统。

随着市场竞争逐步进入深水区，“机械旋转”“半固态”“转镜”“棱镜”“MEMS”这些围绕着扫描方式做文章的词汇已经没有多少新意，甚至也无法引起别人参与讨论的兴趣。激光的发射与接收系统，正在成为市场新的关注点。

根据系统集成度的不同，已进入量产阶段的TOF激光雷达的激光发射系统可分为EEL与VCSEL，接收系统可分为APD与SPAD；而根据光源波长的不同，激光收发系统则主要分为905与1550两个大类。因为触及“人眼安全”“探测距离”“功耗”“成本”等关键点，905与1550这个分类值得拿出来讨论一番。

905nm和1550nm都是光的波长，每一种波长都有其特性，比如收的特性、发的特性、被干扰的特性、对人眼影响的特性等，其实本身并没有优劣之分，但在应用到激光雷达产品中时，在不同侧面会呈现出各自的“优劣势”。

当前，905与1550激光雷达均有产品开始进入量产交付阶段，究竟哪种技术路线“更好”，激光雷达厂商们自然是各执一词，并且，若只从某个单一角度看，厂商们的说法往往也“绝对真实”，但据某激光雷达厂商负责人的说法，“车企现在对905和1550都不是特别满意”。

站在第三方的角度，简单轻率地说“谁比谁牛逼”这样的话是毫不负责任的，与此相比，更有意义的是，通过层层抽丝剥茧，澄清很多误解和疑问。

为避免任何一条技术路线被个别受访对象“夹带私货”的言论误伤，当然也为了避免自己被任何受访对象的“一面之词”误导，笔者已将文章初稿交给多家不同技术路线的激光雷达厂商确认，这不仅给了“被攻击对象”一次“申辩的机会”，也使文章内容最大程度地接近客观。

发散角大，意味着光束传播越远，光斑越大，进而可能会导致光束照在远处小物体上后返回的能量不够大，从而导致测不到。其次，也会影响复杂场景下的点云精度，如果光斑大到同时打到前后两个相隔很近的物体，并在激光雷达内部无法解码区分这两个物体，那可能会在两个物体中间形成一个“假点”；遇到斑马线或者棋盘格这种高低相隔的物体，甚至会测出来“波浪线”。

据禾赛技术负责人解释，905激光器的发光面有几百微米，而1550光纤激光器的发光面只有10微米左右，发光面越小，光斑的远场发散角就可以抑制得越小。这意味着，与905相比，1550在激光发散角层面，可以对远距离的小物体有更好的测量。

此外，许多公司认为，1550的抗干扰能力要比905强许多。

1550为光纤激光器，光能量是集中到很细的单膜光纤激光器的波形头里发出来的，这样发出来的光能力密度高，亮度是极高的。激光雷达发出的光需要在亮度上压倒外部的其他光源，才能抵抗后者的干扰，因而，1550光纤激光器发出的光在亮度上相比于905优势，也意味其抗阳光等干扰的能力更强。

不过，禾赛方面称，这个观点是片面的，是否抗环境光干扰主要还是由探测器大小来决定，因此不能得出“1550抗干扰更强”的结论。

三．1550“散热难”的问题有解吗strong>

1550的探测距离比905长，是以更高的发光功率为代价的。如905的典型功耗在20W左右，而1550的典型功耗则在30W以上。高功率便意味着高功耗，甚至意味着散热更难。由于散热问题并不好处理，主机厂希望由Tier 1来解决，而Tier 1则希望由激光雷达厂商自己来解决。

1.1550的电光转换效率更低

诸多受访专家都指出，如果把功率控制到跟905同等的水平，1550在探测距离上并无优势，甚至还不如905。因为，总体上，1550的电光转换效率比905低。

据禾赛提供的数据，905的VCSEL激光器的电光转化效率在消费类电子里面可能达到40%，在激光雷达里面为可以达到接近20%，而1550的电光转换效率则只有10%出头。

所谓“电光转换效率”，指激光雷达将电能转换为光波的效率。这个转换的过程中，会发生一定程度的能量损耗，而损耗的多少，便决定了电光转换效率的高低。

据匡国华解释，光的波长越长，则其每一个光子的能量越低，相应地，载流子吸收也会比较多，而载离子吸收多则意味着损耗很大，因此，1550的能量效率天然就没有905高。

此外，匡国华、禾赛技术负责人、鲍君威、胡攀攀及党娜等人都指出，905用的是半导体激光器，而1550采用的则是光纤激光器，这两种激光器在原理上的差异也影响到了电光转换效率。

简单地说，半导体激光器的发光机理是粒子在导带和价带之间跃迁产生光子，直接实现电光转换；而光纤激光器有一个种子激光器（仍然为半导体激光器），先把电转化成1550纳米的种子光脉冲，还有一个大功率的940/980纳米泵浦激光器打到增益光纤作为增益介质，将种子光给放大，因而多了一个“光光转换”的过程，这个过程中不可避免地会产生能量损耗。

光纤激光器系统比较复杂，如泵浦激光器的电光转换效率大概是40%，之后光纤放大过程的转化效率有可能是30%多，这两个乘积累积起来看，电光转换效率便只有12%左右了。禾赛表示：“在工业界，光纤激光器的电光转换效率，大概都只有10%出头。”

万集胡攀攀博士说：

“综合来看，905nm激光器的电光转换效率肯定更高，因为相对光纤激光器来说少了一个光纤耦合和放大的过程。半导体激光器的电光转换效率依赖整个材料和半导体工艺的水平的发展，光纤激光器的光电转换效率更依赖于耦合工艺和光纤放大器的设计和实现，以及特种光纤的材料性能的提升。”

那么，1550可否做成半导体激光器，省掉“光纤耦合放大”的过程呢以，但据党娜的说法，如此一来，就只有种子激光器了，那其发光功率就远弱于905了，相应地，探测距离也远不如905了。

2.一个间接原因：1550的激光器数量太少

在禾赛的905+VCSEL激光雷达中，激光器的数量往往跟“线数”有一一对应的关系，如128线就有128个激光器，而从公开信息可知，Luminar的1550激光雷达尽管 称640线，但只用了1颗激光器，也有一些1550激光雷达上用了2颗激光器。

据禾赛方面的说法，由于整台机器只有1-2个激光器，为了实现“128线”“640线”的效果，1550激光雷达扫描部件的机械运动频率自然要远超那些有许多颗激光器的905激光雷达，这样，扫描镜的口径便需要做得特别小才行。如此一来，接收光子便比较难，而为了降低接收光子的难度（即提高光接收效率），便只能提高发射端的功率了。

党娜亦持类似观点。

不过，胡攀攀博士的说法则是：

“如果是同轴光路，这个说法是对的，但如果采用的是非同轴光路，就不一定了——可以单独将接收口径做大一些。同轴光路与非同轴光路的区别就是光路设计不一样，非同轴光路可以通过增加接收视场来提升探测效率。”

上面提到，只有1-2个激光器，也是1550被迫在更高功率下工作的间接原因，那么，1550有没有可能如禾赛128一样，“有多少线，就有多少个激光器”呢strong>

答案是：无论从成本的角度，还是技术工程的角度看，均不可行。

首先，1550半导体激光器的成本通常在905半导体激光器的数倍，如果高线的1550激光雷达采用跟905同样数量的激光器，在成本上就吃不消。

其次，技术工程层面，光纤激光器体积大、功耗高，如果采用很多激光器，不仅集成难度会特别大，而且还会导致激光雷达整机的体积过大，因而无法安装至整车。

3.另一个间接原因：探测端

激光雷达是一个系统工程，因此，功耗不仅受制于激光发射端，也受制于探测端。

当前，905的探测端目前已经有成熟的单光子探测器了（仅需几个光子即可探测），就是硅基材料的SPAD，而1550的探测端采用的则是铟镓砷，铟镓砷的感光灵敏度要比硅基材料低不少（需要上百个光子才能探测），因此，为了实现比较长的探测距离，发射端的功率自然要比905高许多才行。

四．单激光器方案&多激光器方案

上一小节提到，905的VCSEL可以“有多少线，就有多少个激光器”，而1550普遍只有1-2个激光器，并且，在短期内，1550也不大可能做出多激光器方案。

鲍君威等1550厂商的人士认为，1550nm光纤激光器本身就具备更高的脉冲功率和重复频率，只需要一个激光收发装置就可以完成高重频的探测。

不过，有905激光雷达厂商指出，1550在更高的脉冲功率和重复频率下工作，会有如下两个弊端：

每个点的功率大幅提高的代价，就是1550无法做到和905同样多的每秒点云数量，进而会影响分辨率。

为了做大FOV和点云数，单一激光器方案基本都采用二维转镜，这导致其结构比多激光器方案（通常采用一维转镜）复杂得多，相应地，为了保持性能和稳定性，所需要投入的研发成本也更高。

不过，对一些905激光雷达厂商所说的单个1550激光器“工作负荷过重（是905激光器负荷的几倍、几十倍），会使其寿命和可靠性、鲁棒性受到影响”的问题，鲍君威的回应是：目前激光雷达所需要的负荷，即使点频增加十倍以上，对于1550nm光纤激光器也谈不上“负荷过重”。只要设计工艺做得好，这点负荷根本不是问题。

摘自《光通信女人》

发光波长在850—905的材料（不同配比的AlGaAs）中，相对容易找到折射率差比较大的两种材料，而1550波段的磷化铟系材料中，几种材料之间的折射率差都很小（  3.21、3.37、3.35）。这意味着，用1550做VCSEL，对材料的需求量会比905大得多，这导致成本巨高。

六．探测端的提升，1550比905更难

前面说过，1550发射功率高的一个原因是探测端灵敏度比较低，为了实现比较长的探测距离，发射端自然需要比905更高的功率。这意味着，1550降低功耗的一个路径是提高探测端的灵敏度，这个设想是否可行呢p>

由于905的硅基探测器不能吸收1550nm的光，因此，需要拿铟镓砷材料的探测器与1550nm的铟镓砷激光器配对。鲍君威和党娜都说，依托光通信产业的发展，1550的探测端已经很成熟了。党娜认为，接下来的重点，就是争取将其温度范围做大、可靠性提高，使其能更好地满足车载场景的需求。

不过，现阶段，即便抛开良率、成本因素，就探测效率、响应速度、工作温度范围几方面而言，与1550相比，针对905nm的硅探测器也具有明显优势。

七．1550有可能应用于Flash吗strong>

笔者在此前一两年的采访中了解到，业界普遍认为，TOF激光雷达的终局就是Flash，现阶段，Flash激光雷达采用的激光器基本都是905nm的（Ouster采用的是865），那么，在未来，Flash有没有可能做成1550呢p>

鲍君威及Ouster中国区市场总监刘志刚等人均认为，技术上是可行的，但实际上并么有必要。其中，鲍君威说这样成本太高，程正西说这是无人买单的“过度设计”，刘志刚认为这是“高射炮打蚊子”“1550的发散角小，光斑质量高，非常适合点光源， 但FLASH 是面光源，不需要任何可动的扫描器”。

总结

在被问及“随着需求量的上升，1550的成本能否下降到接近905的水平呢”这一问题时，某激光雷达厂商的人士说：“需求量大了之后，金戒指的价格会降低，但无论怎么降，也不可能跟铜戒指一样便宜啊，原材料的BOM成本在那摆着呢。”但鲍君威的说法是：“这个要看差价多少了 –——就像目前很少有人会为了省几百人民币买一台黑白屏的智能手机。”

据九章智驾了解，尽管多数激光雷达厂商都储备了1550技术，但他们仍然认为，在相当长的一段时间里，905都会是主流。博世、电装、法雷奥等传统Tier 1主推的激光雷达，都以905为主。当然了，鲍君威的说法是：“除了法雷奥因为很早定型了，其它几家并不是主流激光雷达提供商，而法雷奥的应用也算不上成功。”

尤其是，华为在光通信领域里已有深厚积累，被同行认为是“最懂1550”，按说，他们会押注1550，但实际上，据业内人士透露，华为的激光雷达也以905为主。“他们肯定是做了非常详尽的比较后才得出这样的结论。”

有人说，激光雷达产业里60%以上的资金都砸向905了，钱多了，产业链的成熟度就提升得快。

禾赛技术负责人认为，在激光雷达核心三要素里性能、可靠性、成本方面，1550方案皆不如905，因此1550不会是未来的趋势，仅仅是近两年在单点测距能力上还有一定优势的过渡方案。随着905硅基单光子探测器性能的进一步提升，905相比于1550的优势会随时间越拉越大。

对此，鲍君威的观点是：

“1550nm路线几年前就可以稳定可靠地实现250米@10%并已实现量产；未来，其性能进一步提高以满足OEM路线图上的需求也比较容易。而905nm目前要费尽大力气才达到150米10%，在牺牲一些自动驾驶室外场景的探测可靠性等重要指标后方才达到200米，其进一步提高挑战会更大。所以，905落后于1550nm的差距会逐步拉大。”

当然，上述讨论都是针对TOF激光雷达而言的，等FMCW技术路线成熟之后，就会出现905和1550分庭抗礼的局面——因为，FCMW有速度维信息，并且在抗干扰方面的能力比TOF强许多，这些都是905的TOF所不具备的优势，而FMCW天然就是1550。

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