隨著自動(dòng)駕駛、倉儲(chǔ)AGV、服務(wù)機(jī)器人等領(lǐng)域的爆發(fā)式增長，激光雷達(dá)作為環(huán)境感知的核心部件，市場(chǎng)需求持續(xù)攀升。其中，MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）激光雷達(dá)憑借體積小、功耗低、掃描精度高的優(yōu)勢(shì)，成為消費(fèi)級(jí)和工業(yè)級(jí)應(yīng)用的主流選擇。但在實(shí)際落地過程中，我們?cè)谂c激光雷達(dá)廠商的多次溝通中發(fā)現(xiàn)，行業(yè)普遍面臨一個(gè)核心難題：傳統(tǒng)發(fā)射光路的準(zhǔn)直光斑尺寸過大，與小面積MEMS振鏡不匹配——要么強(qiáng)行縮小光斑導(dǎo)致發(fā)散角增大、測(cè)距精度下降，要么采用成本高昂的光纖耦合方案，嚴(yán)重制約了MEMS激光雷達(dá)的規(guī)?；当尽?/span>

基于這一行業(yè)痛點(diǎn)，廣西科毅光通信的研發(fā)團(tuán)隊(duì)結(jié)合光通信領(lǐng)域深耕多年的光學(xué)元件設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)新推出了一套用于MEMS激光雷達(dá)的發(fā)射光路裝置。這套方案在保證光斑發(fā)散角完全不變的前提下，將光斑尺寸精準(zhǔn)縮小一半，完美適配小面積二維MEMS振鏡，同時(shí)大幅降低整體成本。下面我們就來詳細(xì)拆解這套光學(xué)方案的技術(shù)細(xì)節(jié)、應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，以及它與光通信技術(shù)的跨界關(guān)聯(lián)。

一、MEMS激光雷達(dá)發(fā)射光路的行業(yè)痛點(diǎn)

要理解這套方案的價(jià)值，首先得明確傳統(tǒng)MEMS激光雷達(dá)發(fā)射光路的核心困境：

1. 振鏡與光斑的尺寸矛盾：為了控制成本，量產(chǎn)型MEMS激光雷達(dá)通常采用直徑4-6mm的小面積振鏡，但傳統(tǒng)準(zhǔn)直光路輸出的光斑尺寸多為8-12mm，超過振鏡反光面的50%以上，導(dǎo)致大量光線無法被反射，不僅浪費(fèi)光源能量，還會(huì)產(chǎn)生雜散光干擾測(cè)距精度。

2. 現(xiàn)有優(yōu)化方案的局限性：目前行業(yè)內(nèi)解決這一問題的主流方案是光纖耦合準(zhǔn)直，但光纖耦合效率普遍低于80%，且光纖組件的采購成本是普通光學(xué)元件的3-5倍，進(jìn)一步拉高了激光雷達(dá)的整體成本；另一種方案是縮小準(zhǔn)直透鏡焦距，但會(huì)導(dǎo)致光斑發(fā)散角增大，測(cè)距距離和精度同步下降。

3. 多視場(chǎng)拓展的難度：部分場(chǎng)景需要大視場(chǎng)掃描（如自動(dòng)駕駛需要120°以上視場(chǎng)），傳統(tǒng)多光路拼接方案體積大、調(diào)整難度高，無法適配小型化激光雷達(dá)的需求。

這些痛點(diǎn)直接制約了MEMS激光雷達(dá)在中低端市場(chǎng)的普及，也讓很多中小廠商陷入“成本降不下來、精度提不上去”的兩難境地。

二、創(chuàng)新發(fā)射光路的核心結(jié)構(gòu)與原理

我們的這套發(fā)射光路方案，通過光學(xué)元件的精準(zhǔn)組合與光路設(shè)計(jì)，從根源上解決了上述問題。整套裝置由發(fā)射光源、二維MEMS振鏡，以及從光源到振鏡之間依次設(shè)置的準(zhǔn)直透鏡、線偏振片、偏振分光棱鏡、直角棱鏡及光闌組成，各元件的位置和參數(shù)經(jīng)過嚴(yán)格優(yōu)化：

圖1：MEMS激光雷達(dá)發(fā)射光路裝置結(jié)構(gòu)示意圖

下面我們逐個(gè)拆解每個(gè)元件的功能與設(shè)計(jì)邏輯：

1. 準(zhǔn)直透鏡：非球面雙柱透鏡組合

準(zhǔn)直透鏡采用至少兩片柱透鏡的組合形式（非球面透鏡），針對(duì)子午方向和弧矢方向分別進(jìn)行準(zhǔn)直。這種設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于可以獨(dú)立控制兩個(gè)方向的光斑尺寸和發(fā)散角，最終輸出長方形或橢圓形的準(zhǔn)直光斑，為后續(xù)的光斑縮小操作提供基礎(chǔ)。

2. 線偏振片：垂直放置的偏振控制元件

線偏振片垂直于準(zhǔn)直透鏡放置，將準(zhǔn)直后的自然光轉(zhuǎn)換為單一方向的線偏振光。我們選用的線偏振片邊長為2-6mm，既保證足夠的通光面積，又能適配后續(xù)分光元件的尺寸，控制整體光路的體積。

3. 偏振分光棱鏡+直角棱鏡：光斑縮小的核心組合

這是整套方案的核心巧思：直角棱鏡的直角邊與偏振分光棱鏡的一邊通過光敏膠緊密貼合，實(shí)現(xiàn)無間隙光路傳輸。準(zhǔn)直光斑的上半部分會(huì)垂直進(jìn)入直角棱鏡，照射到棱鏡斜面時(shí)滿足布儒斯特角條件，發(fā)生全反射后以90°轉(zhuǎn)折進(jìn)入偏振分光棱鏡；光斑的下半部分則直接通過線偏振片進(jìn)入偏振分光棱鏡。兩部分光線在偏振分光棱鏡內(nèi)重新合并，最終輸出的光斑長邊尺寸縮小為原來的一半，但發(fā)散角完全保持不變——這就完美解決了“光斑縮小與發(fā)散角”的矛盾。

4. 光闌：雜散光過濾與尺寸適配

光闌設(shè)置在偏振分光棱鏡的出射端，其內(nèi)徑嚴(yán)格小于二維MEMS振鏡的直徑（比如振鏡直徑5mm時(shí)，光闌孔徑設(shè)為4.5mm），可以過濾掉邊緣的雜散光，確保只有完全適配振鏡尺寸的光斑照射到振鏡表面，避免光線溢出。

5. 二維MEMS振鏡：角度優(yōu)化的掃描元件

二維MEMS振鏡與偏振分光棱鏡的光軸保持10°~30°的夾角，通過振鏡的高頻振動(dòng)，將出射光線反射形成二維掃描光幕，實(shí)現(xiàn)環(huán)境的全覆蓋感知。

為了更直觀地理解光線的傳輸路徑，我們可以看下面的光路示意圖：

圖2：MEMS激光雷達(dá)發(fā)射光路光線傳輸路徑示意圖

三、這套發(fā)射光路方案的四大核心優(yōu)勢(shì)

相較于傳統(tǒng)方案，這套創(chuàng)新光路在性能、成本、擴(kuò)展性上都有顯著突破：

1. 精準(zhǔn)適配小面積振鏡，保證測(cè)距精度

在不改變光斑發(fā)散角的前提下，將光斑長邊尺寸縮小一半，比如從104mm的準(zhǔn)直光斑縮小為54mm，完美適配4-6mm的小面積MEMS振鏡，光線利用率提升至95%以上，徹底解決光斑溢出問題，測(cè)距精度穩(wěn)定保持在±2cm以內(nèi)。

2. 低成本量產(chǎn)，組件成本降低40%

整套方案采用標(biāo)準(zhǔn)化的光學(xué)元件，偏振分光棱鏡、直角棱鏡、線偏振片的邊長均為2-6mm，采購成本僅為光纖耦合組件的1/3；同時(shí)適配小面積振鏡，振鏡的采購成本可降低30%-50%，整體光路成本較傳統(tǒng)光纖耦合方案降低40%以上。

3. 模塊化拓展，滿足多場(chǎng)景視場(chǎng)需求

方案支持1~6組發(fā)射光路進(jìn)行扇形拼接，拼接后的掃描角度可達(dá)30°~160°，完全覆蓋不同應(yīng)用場(chǎng)景的視場(chǎng)需求：

• 自動(dòng)駕駛場(chǎng)景：4組光路拼接實(shí)現(xiàn)120°大視場(chǎng)，覆蓋車輛前方的全部區(qū)域；

• 倉儲(chǔ)AGV場(chǎng)景：2組光路拼接實(shí)現(xiàn)60°中視場(chǎng)，滿足室內(nèi)導(dǎo)航需求；

• 服務(wù)機(jī)器人場(chǎng)景：1組光路實(shí)現(xiàn)30°小視場(chǎng)，針對(duì)特定區(qū)域進(jìn)行高精度掃描。

4. 高可靠性與穩(wěn)定性

整套光路采用無源光學(xué)元件，沒有電子部件，抗干擾能力強(qiáng)，連續(xù)工作10000小時(shí)無故障；同時(shí)元件之間采用光敏膠粘接，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，適合車載、工業(yè)等振動(dòng)環(huán)境下的長期使用。

四、實(shí)際應(yīng)用案例拆解

我們已經(jīng)將這套方案應(yīng)用于多個(gè)客戶的激光雷達(dá)產(chǎn)品開發(fā)中，以下是兩個(gè)典型案例：

案例1：自動(dòng)駕駛輔助激光雷達(dá)

客戶需求：視場(chǎng)角120°，MEMS振鏡直徑5mm，整體光路成本控制在100元以內(nèi)，批量良率95%以上 方案配置：

• 發(fā)射光源：905nm 75W半導(dǎo)體激光器；

• 準(zhǔn)直透鏡：雙柱透鏡組合，焦距20mm，分別對(duì)子午和弧矢方向準(zhǔn)直；

• 光學(xué)元件：線偏振片、偏振分光棱鏡、直角棱鏡邊長均為5mm；

• 光闌孔徑：4.5mm；

• 振鏡參數(shù)：二維MEMS振鏡直徑5mm，與光軸夾角30°；

• 光路拼接：4組光路扇形拼接，實(shí)現(xiàn)120°視場(chǎng)。 落地效果：光斑尺寸從104mm精準(zhǔn)縮小為54mm，完全適配5mm振鏡，發(fā)散角保持0.1°，測(cè)距距離可達(dá)50m，整體光路成本較光纖耦合方案降低42%，批量生產(chǎn)良率96%，已通過客戶的車載環(huán)境可靠性測(cè)試。

案例2：倉儲(chǔ)AGV激光雷達(dá)

客戶需求：小視場(chǎng)（60°）、高可靠性、低成本，適應(yīng)倉儲(chǔ)環(huán)境的粉塵和振動(dòng) 方案配置：

• 發(fā)射光源：905nm 50W半導(dǎo)體激光器；

• 準(zhǔn)直透鏡：雙柱透鏡組合，焦距15mm；

• 光學(xué)元件：線偏振片、偏振分光棱鏡、直角棱鏡邊長均為4mm；

• 光闌孔徑：3.5mm；

• 振鏡參數(shù)：二維MEMS振鏡直徑4mm，與光軸夾角20°；

• 光路拼接：2組光路扇形拼接，實(shí)現(xiàn)60°視場(chǎng)。 落地效果：光斑尺寸適配4mm振鏡，測(cè)距精度±2cm，連續(xù)工作10000小時(shí)無故障，整體成本較傳統(tǒng)方案降低35%，已批量應(yīng)用于某頭部倉儲(chǔ)機(jī)器人廠商的AGV產(chǎn)品中。

五、光通信技術(shù)在激光雷達(dá)領(lǐng)域的跨界應(yīng)用

廣西科毅光通信在光通信光學(xué)元件領(lǐng)域深耕多年，我們發(fā)現(xiàn)光通信的核心技術(shù)與激光雷達(dá)光路設(shè)計(jì)高度共通：

1. 偏振控制技術(shù)同源：這套激光雷達(dá)光路中的偏振分光棱鏡、線偏振片設(shè)計(jì)，和光開關(guān)中的偏振控制技術(shù)完全同源，我們?cè)诠馔ㄐ蓬I(lǐng)域積累的偏振元件優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)，直接應(yīng)用于這套激光雷達(dá)光路的設(shè)計(jì)中。

2. 多光路切換的協(xié)同性：在多視場(chǎng)激光雷達(dá)系統(tǒng)中，如需動(dòng)態(tài)調(diào)整掃描視場(chǎng)，可以搭配我們的光纖光開關(guān)實(shí)現(xiàn)不同光路組的快速切換，滿足復(fù)雜場(chǎng)景的動(dòng)態(tài)視場(chǎng)需求。

3. MEMS技術(shù)的跨領(lǐng)域應(yīng)用：我們的MEMS光開關(guān)與MEMS振鏡的設(shè)計(jì)理念高度一致，都采用微機(jī)電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高精度、小體積的動(dòng)態(tài)控制，未來我們將進(jìn)一步探索MEMS技術(shù)在光通信與激光雷達(dá)領(lǐng)域的融合創(chuàng)新。

這種跨界技術(shù)協(xié)同，不僅讓我們能為客戶提供更專業(yè)的激光雷達(dá)光路方案，也能幫助客戶實(shí)現(xiàn)光通信與激光雷達(dá)產(chǎn)品的供應(yīng)鏈整合，進(jìn)一步降低成本。

六、總結(jié)與未來展望

這套用于MEMS激光雷達(dá)的發(fā)射光路方案，通過光學(xué)元件的精準(zhǔn)組合與光路創(chuàng)新，從根源上解決了“光斑縮小與發(fā)散角”“振鏡適配與成本控制”的行業(yè)矛盾，為MEMS激光雷達(dá)的規(guī)模化量產(chǎn)提供了可行路徑。未來，廣西科毅光通信將繼續(xù)依托光通信領(lǐng)域的技術(shù)積累，在激光雷達(dá)光學(xué)組件、多光路控制方案等方向持續(xù)創(chuàng)新，同時(shí)結(jié)合我們的核心光開關(guān)產(chǎn)品，為客戶提供從光通信到激光雷達(dá)的全場(chǎng)景光學(xué)解決方案。

對(duì)于激光雷達(dá)廠商來說，選擇一套適配性強(qiáng)、成本可控的發(fā)射光路方案，不僅能提升產(chǎn)品的市場(chǎng)競爭力，還能加快量產(chǎn)落地的速度。如果您有激光雷達(dá)光路設(shè)計(jì)、光學(xué)元件選型的需求，歡迎聯(lián)系我們的技術(shù)團(tuán)隊(duì)，我們將為您提供定制化的解決方案。

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擇合適的光開關(guān)等光學(xué)器件及光學(xué)設(shè)備是一項(xiàng)需要綜合考量技術(shù)、性能、成本和供應(yīng)商實(shí)力的工作。希望本指南能為您提供清晰的思路。我們建議您在明確自身需求后，詳細(xì)對(duì)比關(guān)鍵參數(shù)，并優(yōu)先選擇像科毅光通信這樣技術(shù)扎實(shí)、質(zhì)量可靠、服務(wù)專業(yè)的合作伙伴。

 （注：本文部分內(nèi)容由AI協(xié)助習(xí)作，僅供參考）