激光雷达缘起VCSEL|深度解读 | 激光( 三 )

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VCSEL技术的优势
总之，VCSEL具有光电转换效率高、发散角小、光束质量好、波长稳定性好、可靠性高、阈值电流小、功耗低等优点，且易于与光纤耦合，易于单纵模发射和实现高调制频率，加上易于制备二维发光阵列，大批量生产成本可控，是3D成像、识别感测模组的关键器件，广泛应用于光通信和互连、数据采集和传输、消费电子3D成像、数据中心及云计算、物联网、自动驾驶车辆、生物医学、工业等领域。

目前，基于VCSEL和SPAD（单光子阵列）的紧凑型全固态激光雷达已经量产。例如Ouster利用这种基于纯芯片的架构，不使用移动机械结构，推出了OS0、OS1、OS2三个系列9款激光雷达；最近又将数字激光雷达技术扩展至日韩两国工业和机器人垂直领域；并牵手英伟达加速部署自动驾驶汽车，基于NVIDIA DRIVE提供专用的NVIDIA DriveWorks插件，帮助客户将其数字激光雷达集成到自动驾驶车辆上。

另一家公司Ibeo也是采用基于VCSEL加SPAD阵列的方案实现二维扫描，其ibeoNEXT固态激光雷达方案体积非常小，已在长城摩卡SUV上车。

还有Valeo，2021年也推出了第二代SCALA和一款近场激光雷达，后者可以在车辆4个角代替现有毫米波雷达或超声波雷达，实现防撞避障、倒车等功能。这对VCSEL在汽车上的应用有重要意义，能够让使用场景变得更加丰富。这种VCSEL加SPAD的小体积方案可以将其集成在后视镜中，既美观又实用。

VCSEL想到哪里去？
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VCSEL应用趋势
从Yole对VCSEL历史到未来的展望可以看出，最初90年代实现工业化时主要用处是数据通信，如850nm高速激光器，后来在光学鼠标内也有应用；直到苹果推动第二次浪潮，令3D感测呈数量级增加。人们期待的下一波浪潮是汽车激光雷达，其数量未来也非常可观。激光雷达过后还有什么？IoT、人工智能或智能互联应用都会用到VCSEL。LED最早也是从手机背光开始，然后是电视背光，再到照明，汽车照明又是一个浪潮，现在Mini LED和Micro LED光电器件的市场规模和应用在一浪又一浪的批量应用中逐步放大。

Insight的市场分析表明，根据VCSEL技术的发展，功率越来越高，作用距离越来越远，使用场合也会逐步丰富。比如从最早的数据通信、移动传感器，到车辆监控或安防，或自动驾驶车辆。所以，其应用场景会随着VCSEL技术的发展或性能的提高越来越丰富，越来越广阔。

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应用场景：功率与距离
挑战依然从边射型激光器到现在的VCSEL走了很长一段路，苹果让VCSEL获得了行业的关注。不过，它所面对的挑战也是不一而足。

VIGO亚太区总经理廖明智博士指出，现在激光雷达还有很多技术路线之争，如905nm、1500nm和MEMS等，使用的半导体材料不同，性能方面各有利弊。

过去几年，VCSEL市场在进一步延伸和渗透，特别是车载应用也对VCSEL的性能、可靠性和成本提出了更多和更高要求。另外，还有几个重要参数需要考虑，包括视野、发射角度、探测范围和对象。相比消费类产品，激光雷达的发射范围有明显不同的要求，前者10米范围、小功率就能够满足需求，而VCSEL用于自动驾驶车辆其探测距离和功率都必须大幅提高，性能及可靠性的要求也要显著提升。