激光雷达（LiDAR）的内部结构根据类型（机械式、混合固态、纯固态等）有所不同，但核心组件相似。以下以最常见的机械旋转式激光雷达为例，详细说明其内部构造：

核心组成部分：

1. 激光发射系统

   • 激光二极管：核心光源，通常采用半导体激光器（波长常见905nm或1550nm），脉冲式工作，每秒发射数万至数百万次激光脉冲。
   • 发射光学透镜：将激光束准直（聚焦成平行光）并控制发散角，确保激光定向传播。

2. 激光接收系统

   • 光电探测器（如APD或SiPM）：接收目标反射回来的微弱激光信号，将其转化为电信号。
   • 接收光学透镜：大口径透镜收集反射光，搭配窄带滤光片过滤环境杂散光（如日光）。
   • 信号放大器：放大探测器输出的微弱电流信号。

3. 扫描系统（机械式核心）

   • 旋转电机：驱动激光发射/接收模块水平旋转（通常360°），实现全景扫描。
   • 多面反射棱镜（或转镜）：高速旋转改变激光束方向，垂直方向形成扫描线（如64线、128线雷达）。

4. 控制与处理单元

   • 主控板（FPGA或ASIC芯片）：
     • 控制激光发射时序与接收同步。
     • 计算激光飞行时间（ToF）→ 距离 = (光速 × 时间) / 2。
   • 数据处理模块：将原始距离数据转换为3D点云（含方位角、俯仰角、距离）。

5. 辅助系统

   • 惯性测量单元（IMU）：实时监测雷达自身姿态变化，补偿运动误差。
   • 温度控制装置：稳定激光器工作温度，防止波长漂移。
   • 电源管理模块：提供各部件所需电压。
   • 密封外壳与窗口：防尘防水（IP67标准），透红外材料（如硅）保护内部光学器件。

内部结构图（简化示意）：

[顶部透红外窗口]
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│      ┌───────────────┐
│      │ 旋转扫描头     │ ←──由电机驱动旋转
│      │ ┌───────────┐ │
│      │ │ 激光发射器  │←─┐
│      │ │ 透镜组      │  │ 发射路径：激光器→透镜→棱镜→窗口
│      │ └───────────┘  │
│      │       ▲         │
│      │       │反射镜   │
│      │ ┌───────────┐ │
│      │ │ 接收透镜    │←─┼─反射光路径：窗口→棱镜→透镜→探测器
│      │ │ 滤光片      │  │
│      │ │ 光电探测器  │  │
│      │ └───────────┘ │
│      └───────────────┘
│
│    [固定底座]  
│    ┌──────────────┐
│    │ 主控电路板       │ → 处理数据/电机控制/供电
│    │ (FPGA + 微处理器)│
│    └──────────────┘
│    │ 电源接口 & 数据接口 │
└────────────────────────

关键技术特点：

• 精度：依赖激光波长、计时精度（皮秒级）、电机旋转角分辨率（0.1°级）。
• 眼安全性：1550nm激光穿透角膜能力弱，比905nm更安全。
• 抗干扰：通过编码激光脉冲（如伪随机序列）区分自身信号与环境噪声。

不同类型雷达的差异：

• 固态雷达（如MEMS/OPA）：无旋转部件，用微振镜或光学相控阵改变光束方向，可靠性更高。
• Flash雷达：无扫描结构，单次闪光覆盖整个视场（类似照相机），但探测距离短。

了解这些结构后，就明白激光雷达如同一个“高速旋转的超精密秒表”，通过测量光速奔跑的时间来绘制世界的三维地图。