引言

隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的飛速發(fā)展，車載激光雷達(dá)（LiDAR）作為其核心傳感器之一，承擔(dān)著精確感知周圍環(huán)境的重要任務(wù)。垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）陣列憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，如易于二維集成、低閾值電流、高調(diào)制速率等，逐漸成為車載LiDAR光源的熱門選擇。而在車載應(yīng)用場(chǎng)景中，人眼安全是至關(guān)重要的考量因素，940nm波長(zhǎng)的VCSEL激光器陣列設(shè)計(jì)則為實(shí)現(xiàn)人眼安全提供了有效策略。

940nm波長(zhǎng)選擇的人眼安全優(yōu)勢(shì)

人眼對(duì)不同波長(zhǎng)的吸收特性

人眼組織對(duì)不同波長(zhǎng)的光具有不同的吸收特性。在可見(jiàn)光及近紅外波段，人眼晶狀體和角膜對(duì)光的吸收相對(duì)較少，大部分光能夠到達(dá)視網(wǎng)膜。然而，隨著波長(zhǎng)的增加，水對(duì)光的吸收逐漸增強(qiáng)。940nm波長(zhǎng)處于近紅外區(qū)域，此時(shí)水（人眼組織中含量豐富的成分）對(duì)該波長(zhǎng)光的吸收系數(shù)較大，光在到達(dá)視網(wǎng)膜之前就會(huì)被大量吸收，從而大大降低了對(duì)視網(wǎng)膜的潛在傷害風(fēng)險(xiǎn)。

與其他波長(zhǎng)的對(duì)比

相較于850nm等波長(zhǎng)，940nm波長(zhǎng)在人眼安全方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。850nm波長(zhǎng)的光能夠更深入地穿透人眼組織到達(dá)視網(wǎng)膜，若激光功率過(guò)高，可能會(huì)對(duì)視網(wǎng)膜造成不可逆的損傷。而940nm波長(zhǎng)由于人眼組織的吸收作用，在相同功率下，到達(dá)視網(wǎng)膜的光強(qiáng)顯著降低，使得在滿足車載LiDAR探測(cè)需求的同時(shí)，能夠更好地保障人眼安全。

VCSEL激光器陣列設(shè)計(jì)要點(diǎn)

陣列結(jié)構(gòu)與布局

VCSEL激光器陣列的結(jié)構(gòu)和布局直接影響其性能和人眼安全性。常見(jiàn)的陣列結(jié)構(gòu)包括線性陣列和二維陣列。線性陣列適用于一維掃描的LiDAR系統(tǒng)，而二維陣列則可實(shí)現(xiàn)更靈活的掃描模式，提高探測(cè)效率和分辨率。在設(shè)計(jì)陣列布局時(shí)，需要合理控制激光器之間的間距，以避免相鄰激光器之間的熱串?dāng)_和光串?dāng)_，同時(shí)確保陣列的整體均勻性和穩(wěn)定性。

功率控制與調(diào)制

為了實(shí)現(xiàn)人眼安全，必須對(duì)VCSEL激光器陣列的輸出功率進(jìn)行精確控制。一方面，要根據(jù)LiDAR系統(tǒng)的探測(cè)距離和目標(biāo)反射率等因素，確定合適的激光發(fā)射功率，在保證探測(cè)性能的前提下，盡可能降低功率水平。另一方面，采用高速調(diào)制技術(shù)，如脈沖調(diào)制，可以進(jìn)一步降低平均功率。通過(guò)快速開(kāi)關(guān)激光器，使激光以脈沖形式發(fā)射，在保證探測(cè)精度的同時(shí)，減少激光在眼睛中的停留時(shí)間，降低對(duì)人眼的潛在危害。

光束整形與發(fā)散角優(yōu)化

光束整形和發(fā)散角優(yōu)化對(duì)于提高LiDAR系統(tǒng)的性能和人眼安全性至關(guān)重要。通過(guò)采用微光學(xué)元件，如透鏡、光柵等，對(duì)VCSEL激光器陣列發(fā)出的光束進(jìn)行整形，使其具有更均勻的光強(qiáng)分布和更小的發(fā)散角。較小的發(fā)散角可以減少激光在空間中的擴(kuò)散，使更多的光能量集中在探測(cè)方向上，提高探測(cè)距離和精度，同時(shí)降低激光向非探測(cè)方向的泄漏，進(jìn)一步保障人眼安全。

安全評(píng)估與測(cè)試

在完成VCSEL激光器陣列設(shè)計(jì)后，必須進(jìn)行嚴(yán)格的安全評(píng)估和測(cè)試。依據(jù)國(guó)際和國(guó)內(nèi)相關(guān)的人眼安全標(biāo)準(zhǔn)，如IEC 60825 - 1等，對(duì)激光器陣列的輸出功率、波長(zhǎng)、脈沖特性等進(jìn)行全面檢測(cè)。通過(guò)模擬不同場(chǎng)景下的人眼暴露情況，評(píng)估激光對(duì)人眼的潛在危害程度，確保其符合人眼安全要求。

結(jié)論

車載LiDAR中采用940nm波長(zhǎng)的VCSEL激光器陣列設(shè)計(jì)，是實(shí)現(xiàn)人眼安全的有效策略。通過(guò)合理選擇波長(zhǎng)、優(yōu)化陣列設(shè)計(jì)、精確控制功率和調(diào)制、進(jìn)行光束整形以及嚴(yán)格的安全評(píng)估與測(cè)試，可以在滿足LiDAR系統(tǒng)高性能探測(cè)需求的同時(shí)，最大程度地保障人眼安全。隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的不斷推進(jìn)，VCSEL激光器陣列在車載LiDAR領(lǐng)域的應(yīng)用前景將更加廣闊，而人眼安全策略也將不斷完善和發(fā)展。