输电线路激光雷达与清障仪中的光学滤光片应用分析
2026年5月9日，国务院总理李强主持召开国务院常务会议，明确提出“做强国内大循环要在供需协同、联动升级上求突破，落实和完善服务业扩能提质举措，加强水网、新型电网、算力网、新一代通信网、城市地下管网、物流网等规划建设”。其中，“新型电网”被列为重点规划建设的基础设施网络之一，为“十五五”期间智能电网、数字化运维装备的发展提供了明确的政策方向。
（光纤激光清障仪-图源网络，侵删）
在此背景下，输电线路运维方式正加速从人工巡视向自动化、精细化转变，激光雷达（LiDAR）与激光清障仪成为两种关键设备：前者为无人机提供高精度三维环境感知与避障能力；后者可远程清除挂附在输电线路上的异物（如风筝、塑料膜、树枝等）。这两种设备的核心功能均依赖于激光的发射与接收，而光学滤光片——特别是窄带滤光片——正是保障其在强日光、复杂气候环境下可靠工作的基础光学元件。
（NBP1550窄带激光滤光片）
一、激光雷达与激光清障仪工作原理及滤光片角色
1.1激光雷达（LiDAR）在输电线路巡检中的应用
无人机搭载的激光雷达通常采用时间飞行法（ToF）或调频连续波（FMCW）测距原理。激光器发射近红外波段的脉冲激光（常见波长：905nm、1550nm），遇到导线、绝缘子、塔杆或树木后反射，由接收光学系统汇聚到探测器（如APD或SPAD）。通过计算发射与接收的时间差，解算出高精度距离信息，生成输电线路通道的三维点云模型。
阳光背景噪声是主要干扰源。太阳光谱覆盖紫外到远红外，在近红外区辐射强度高。若不加以波长选择，探测器会同时接收目标反射激光和强烈太阳散射光，导致信噪比急剧下降，甚至探测器饱和。
窄带滤光片是解决该问题的核心元件。它置于接收镜头与探测器之间，仅允许以激光中心波长（例如905nm）为中心的极窄波段通过，大幅衰减其他波长的环境光。典型电力级窄带滤光片的半高宽（FWHM）可做到10nm甚至2nm，配合高光密度截止深度（OD4~OD6），可使信噪比提升数十倍，实现百米外毫米级测距精度。
（NBP808窄带滤光片）
1.2激光清障仪的工作机制及其对滤光片的要求
激光清障仪是一种非接触式异物清除设备，可架设于无人机或地面平台。它使用高功率连续或脉冲激光（常见波长：808nm、980nm、1080nm）聚焦于异物表面，通过热烧蚀或切割方式将其熔断、气化。操作人员需通过同轴可见光瞄准系统或红外热成像辅助瞄准精确控制激光焦点。
高功率激光照射目标时会产生强烈后向散射光，部分散射光沿原路返回瞄准光路。若无滤光措施，这些散射光会进入观察相机的传感器，造成眩光、对比度下降甚至永久损坏。
解决方案是在瞄准光路中插入陷波滤光片或带通滤光片。陷波滤光片针对激光工作波长设计出极高衰减的窄带阻隔区（例如在1080nm处衰减OD5以上），同时允许可见光波段（400~700nm）通过。这样操作人员可清晰看到异物及背景，而激光散射光被有效屏蔽，保障了传感器安全和瞄准准确性。
（负性滤光片）
二、电力场景下滤光片的关键技术指标
电网环境与消费电子、普通工业差异显著，对滤光片要求更为严苛。
2.1中心波长与带宽精度
激光雷达的激光光谱很窄（<1nm），但温度变化会导致激光器波长漂移（约0.2~0.3nm/℃）。滤光片中心波长须与激光器工作波长匹配，并预留足够温度范围内的通带宽度。例如在-40℃~85℃环境下，激光波长可能漂移25nm，因此滤光片FWHM不宜过窄（通常10~15nm），且峰值透过率需保持>90%。
2.2高截止深度与宽截止范围
电力作业常在白天进行，阳光直射下近红外背景辐射强。滤光片在通带外的截止深度要求通常达到OD4以上，强干扰场景需OD6。截止范围需覆盖紫外（300nm）到中红外（2000nm），因为硅基探测器对此宽波段均有响应。
2.3宽温度稳定性与抗高湿
输电线路跨越不同气候区，设备可能在-40℃到+85℃户外连续工作。滤光片必须采用硬质介质薄膜（如Ta₂O₅/SiO₂或TiO₂/SiO₂多层膜），并通过离子辅助沉积工艺，确保膜层应力小、附着力强。温飘系数需控制在<0.02nm/℃。此外，表面应镀有疏水或防雾膜层，防止凝露引起透过率下降和散射增加。
2.4高激光损伤阈值（针对清障仪）
激光清障仪输出功率可达数百瓦（连续）或毫焦级脉冲。滤光片即使是反射激光，也可能吸收残余能量。因此基片需采用紫外熔融石英或蓝宝石（极高功率场合），膜层设计避免驻波场增强，并通过ISO21254标准测试，确保损伤阈值高于实际使用激光功率密度（通常要求>10J/cm²@ns脉冲，或>1kW/cm²@CW）。
（NBP905激光雷达滤光片）
三、典型应用示例
3.1无人机激光雷达滤光片参数示例
某电力巡检无人机搭载905nm激光雷达，要求探测距离300米，测距精度±2cm。选用窄带滤光片典型参数如下：
中心波长：905nm±2nm
FWHM：10nm
峰值透过率：>92%
截止波段：400~1100nm，截止深度OD5
入射角：0°~8°（适应镜头会聚）
尺寸：直径12mm，厚度1mm
安装该滤光片后，背景光功率被有效抑制，有效探测距离和点云数据质量显著提升。
3.2激光清障仪瞄准系统滤光片方案
清障仪激光波长（如1080nm）与可见光相机响应波段重叠。普通陷波滤光片在阻带边缘可能产生“渗漏”。工程上可采用双滤光片方案：第一片为长波通滤光片（截止波长900nm），反射激光至散热结构；第二片为短波通滤光片，配合介质膜干涉陷波片，实现可见光平均透过率>85%，激光波段透过率<0.001%。同时，高功率激光可能使滤光片局部加热变形，可采用楔形基片设计（两面不平行），避免反射光干涉形成热点。
四、政策背景与市场方向
2026年3月，全国人民代表大会批准了“十五五”规划纲要，其中明确提出加快新型电力系统建设、推动能源基础设施数字化转型。2026年5月9日国务院常务会议进一步强调“加强新型电网……等规划建设”。在上述政策指引下，电网投资向智能化运维、设备状态感知及通道清洁等方向倾斜。
输电线路无人机巡检、激光清障等技术和装备的推广应用，将直接带动高性能窄带滤光片、陷波滤光片的市场需求。随着“十五五”期间产业链自主可控要求的深化，国内滤光片制造工艺水平持续提升，离子溅射镀膜等先进技术趋于成熟，能够批量供应满足电力户外严苛环境（-40℃~85℃、OD6截止深度）的产品。在高端窄带滤光片（如1550nm人眼安全激光雷达用、带宽<3nm、截止深度OD6以上）领域，国内已实现小批量产，生产一致性和可靠性仍在持续改进中。
结论
在输电线路激光雷达与清障仪中，光学滤光片是保障设备在强日光、宽温变、高湿度和高功率激光环境下正常工作的关键元件：
激光雷达依赖窄带滤光片抗阳光干扰，获得高精度测距；
激光清障仪依赖陷波/带通滤光片保护瞄准传感器，确保操作安全。
“十五五”期间，随着多波长激光雷达、固态激光雷达（FlashLiDAR）以及智能化异物清除技术的发展，对滤光片的多波段透过、大角度容忍、高损伤阈值等性能要求将持续升级。在设备选型时，建议不仅关注激光器参数，还应考察滤光片的光谱曲线（含温漂测试数据）及环境可靠性验证结果，以确保整套光学系统在户外长期稳定运行。
素材来源：人民网百家号<李强主持召开国务院常务会议>