激光雷达LiDAR在雨雾天气的失效与VCSEL芯片的破局

来源:柠檬光子LEMON Photonics 2026-04-08

一、恶劣天气导致激光雷达LiDAR感知失效

激光雷达LiDAR厂商和Tier1供应商长期面临的“老大难”问题:在雨、雾、雪等恶劣天气下,激光雷达探测性能显著下降,直接威胁自动驾驶安全。研究表明,激光在雾中的衰减主要源于米氏散射效应,信号强度可能衰减至初始值的15%以下。行业内甚至流传马斯克对激光雷达的尖锐批评:“受反射散射影响,激光雷达在雪、雨或沙尘环境下表现糟糕,这也是Waymo车辆在强降水天气里完全无法行驶的原因”。

而采用905nm波长的激光雷达在这一问题上尤为棘手:受到国际人眼安全标准的严格限制,905nm系统允许的发射功率远低于1550nm系统。这意味着在同样的雾天环境下,905nm雷达的“信号预算”先天不足,感知距离和点云质量大幅缩水。

二、VCSEL芯片如何破局?

1. 多结技术:用“堆叠功率”对冲雾天衰减

柠檬光子多结VCSEL将多个有源区在同一个谐振腔内通过隧道结串联,大幅提升单次脉冲的输出光功率。以六结905nm VCSEL为例,在25°C、5ns脉冲条件下,峰值光功率超过200W。多结VCSEL工作在短脉冲模式时,可以承受更高的电流并提供极高的峰值功率,电光转换效率(PCE)最高可达56%

这笔账很清晰:雾天散射会消耗掉一部分光功率,但只要起点足够高,余量就足够多。即便信号衰减80%,残留的功率依然足以让接收端(SPAD/SiPM)清晰识别回波信号,大幅提升信噪比。对比而言,普通单结VCSEL功率密度有限,在恶劣天气下的“安全余量”严重不足。

2. 2D可寻址独立控制:能量效率最大化

柠檬光子多结2D可寻址VCSEL芯片支持90x1、56x1、12x1、16x1等线性分区以及8x2、4x2、4x4等矩阵分区,每个区域均可单独控制工作。这意味着:

  • 按需照明:只照亮需要探测的区域,避免能量浪费

  • 动态聚焦:根据场景灵活控制FOV(视场角),长距离探测时集中能量“打远点”

  • 降低功耗:减少冗余激光发射,提升整体工作效率,对车载散热系统更友好

3. 车规级可靠性:全天候作战的底气

柠檬光子VCSEL产品满足车规级应用要求,在效率、可扩展性和可靠性方面具备优势。更小的发光面积、更小的发散角度、4W/A以上的斜率效率,简化光学设计的同时降低系统整体功耗

4. 与1550nm方案的成本优势对比

1550nm激光雷达虽然雾天表现更优,但需要采用InGaAs探测器,材料成本高、供应链成熟度低,整套方案价格远高于905nm路线。柠檬光子通过多结技术将905nm VCSEL的峰值功率提升至数百瓦级别,在成本可控的前提下大幅缩小了与1550nm方案在恶劣天气下的性能差距

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