錄

1.Flash激光雷達(dá)的原理和進(jìn)展......................6

2.問(wèn)題一：怎樣才算是性能優(yōu)異的Flash激光雷達(dá)？....8

3.問(wèn)題二：發(fā)射端為什么要用VCSEL?..........................12

4.問(wèn)題三：為什么Flash激光雷達(dá)要用SPAD?.............16

5.問(wèn)題四：Flash激光雷達(dá)的光學(xué)系統(tǒng)有什么變化？………21

6.問(wèn)題五：Flash激光雷達(dá)什么時(shí)候能夠普及？.......23

7.Flash激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)重點(diǎn)公司...............27

圖表目錄

圖1：激光雷達(dá)技術(shù)路線分類...............................................6

圖2:Flash激光雷達(dá)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，沒(méi)有掃描模塊...................6

圖3:Ouster純固態(tài)Flash激光雷達(dá)DF系列產(chǎn)品路線圖...................7

圖4:Ouster用于DF系列Flash激光雷達(dá)的SPAD芯片....................8

圖5:Ouster用于OS系列機(jī)械旋轉(zhuǎn)激光雷達(dá)的SPAD芯片（集成數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)）

.......................................................................................................................8

圖6:Flash激光雷達(dá)的三大性能以及影響三大性能的主要因素匯總...........9

圖7:影響激光雷達(dá)探測(cè)距離的主要因素及其關(guān)系分析......................10

圖8:Flash激光雷達(dá)角分辨率和視場(chǎng)角對(duì)激光雷達(dá)有效探測(cè)距離的影響.....11

圖9:各類型激光雷達(dá)所應(yīng)該選擇的激光光源類型（餅圖深色部分代表了合適程度）

......................................................................................................................12

圖10：長(zhǎng)光華芯激光雷達(dá)專用VCSEL芯片功率密度約1000-1200W/mm2.13

圖11:歐司朗激光雷達(dá)專用EEL芯片功率密度最高可達(dá)60000W/mm2……-14

圖12:提高VCSEL輸出功率的三種方式分析...............................15

圖13:2017-2019年全球VSCEL市場(chǎng)份額...............................16

圖14:各類型光電探測(cè)器的特征比較......................................17

圖15:增益越高，信噪比越大，光電探測(cè)器的探測(cè)效果越好................17

圖16:SPAD的單位面積像素?cái)?shù)遠(yuǎn)高于SiPM......................................18

圖17:SiPM（MPPC）的光強(qiáng)識(shí)別能力更高，信號(hào)提取速度更快，所以時(shí)間分辨率更

高.......................................................................18

圖18：不同探測(cè)器在時(shí)間分辨率、靈敏度和像素?cái)?shù)上的差異................19

圖19:從2013年至今用于激光雷達(dá)的已上市商用SPAD產(chǎn)品.............20

圖20:Flash激光雷達(dá)的發(fā)射和接收光學(xué)系統(tǒng)核心元器件..................21

圖21:點(diǎn)掃描式激光雷達(dá)收發(fā)光學(xué)系統(tǒng)核心元器件.........................22

圖22:線掃描式激光雷達(dá)收發(fā)光學(xué)系統(tǒng)核心元器件.........................23

圖23:濱松光子計(jì)劃將SPAD/SiPM的PDE從2019年的7%在2023年提升至20%

以上......................................................................25

圖24:以Ibe。長(zhǎng)距離Flash激光雷達(dá)為基準(zhǔn)，假設(shè)視場(chǎng)角不變，VCSEL和SPAD性

能提升對(duì)探測(cè)距離影響的敏感性分析........................................25

圖25:Flash激光雷達(dá)BOM原材料成本拆分估算.........................26

圖26:機(jī)械旋轉(zhuǎn)激光雷達(dá)原材料BOM成本構(gòu)成............................26

圖27:Flash產(chǎn)線自動(dòng)化程度高，成本結(jié)構(gòu)接近一般汽車電子產(chǎn)品.........26

圖28:LeddarTech的核心產(chǎn)品是Flash激光雷達(dá)信號(hào)處理SoC和信號(hào)處理軟件

...........................................................................................................................28

圖29:炬光供給大陸集團(tuán)的VCSEL激光雷達(dá)面光源單價(jià)變化趨勢(shì)..........30

表1：主流Flash激光雷達(dá)廠商所發(fā)布的產(chǎn)品性能參數(shù).......................7

表2:EEL和VCSEL特性對(duì)比.............................................13

表3:Lumentum在2022年新發(fā)布的專用于激光雷達(dá)的VCSEL陣列詳細(xì)參數(shù)14

表4:主流專用于車載激光雷達(dá)的商用SiPM性能參數(shù)......................20

表5:目前主流激光雷達(dá)專用SPAD性能參數(shù)..............................20

表6:各類型激光雷達(dá)所需要用到的核心光學(xué)組件..........................22

表7:主流前裝上車的前向激光雷達(dá)產(chǎn)品參數(shù)..............................24

表8:炬光科技已經(jīng)推出的激光雷達(dá)發(fā)射模組產(chǎn)品參數(shù)......................30

表9:激光雷達(dá)行業(yè)重點(diǎn)公司估值表.......................................

OusterDigitalLidarArchitecture25眸2lenses

VCSEL發(fā)射陣列

*Fullcustomhi(hHlk>encyvcrtiolcivilysurfaceemittinthw(VCS￡U

Eige<0ee<，ME8co\$><*g

SPAD接收芯片+ASIC處理模塊

■ProphetAiyac(|?photonCOum?ng(SPAD)architYur*>odproc^uin(

ComZKgHWidandcoMrolk>fk>cn4lprocewnf.occhip

memory^ndph.array

SourcedfromflobilleaderinSPADf^xkMion

光學(xué)模組

PtteotedmkroopticalsyVn2?Me$d，皿IMrptHomwwg

ord?rtofm*(n)tud?over

Ouster,申萬(wàn)宏源研究

大陸集團(tuán)已經(jīng)推出兩代短距固態(tài)Flash激光雷達(dá)：短距激光雷達(dá)SRL121（探測(cè)距離

1-10米）、固態(tài)短距激光雷達(dá)HFL110（50米以內(nèi)）.HFL-110客戶主要是豐田，搭載

至新款Mirai和雷克薩斯新款LS500系列車型中，用作側(cè)向補(bǔ)盲激光雷達(dá)，單價(jià)大約

5000-8000元人民幣，已經(jīng)在2020年量產(chǎn).（備注：大陸隼團(tuán)的Flash激光雷達(dá)技術(shù)主

要源于大陸集團(tuán)在2016年收購(gòu)的Flash激光雷達(dá)公司AdvancedScientificConcepts）

德國(guó)Ibeo公司推出了Flash激光雷達(dá)ibeoNEXT:采用了AMS的VCSEL,最先將

在長(zhǎng)城WEY摩卡上量產(chǎn)（原計(jì)劃2021年量產(chǎn)，目前預(yù)計(jì)推遲至2022年）。采埃孚收購(gòu)

了Ibeo大約40%股權(quán),Ibeo激光雷達(dá)的生產(chǎn)制造由采埃孚承擔(dān)。

表1：主流Flash激光雷達(dá)廠商所發(fā)布的產(chǎn)品性能參數(shù)

型號(hào)SRL121HFL110ibeoNEXT(長(zhǎng)距)ibeoNEXT(短距)ibeoNEXT(近距)

廠商大陸集團(tuán)大陸集團(tuán)IbeoIbeoIbeo

發(fā)布年份2017年2019鋁11月2021年2021年2021年

波長(zhǎng)905nm1064nm885nm885nm885nm

探測(cè)距離10m22m@10%反射率140nl@10%反射率40m@10%反射率25m@10%反射率

水平視為角27。120°11.2°60°120°

垂直視場(chǎng)角11°30°5.6°30°60°

像素?cái)?shù)量N/A128x32(4096)像素128x80(10240)像素128x80(10240)像素128x80(10240)像素

角分辨率N/A0.94。/像素0.09°x0.07°0.47°x0.38°0.94°>0.75°

幀率100Hz25Hz25Hz25Hz25Hz

大陸集團(tuán)官網(wǎng)，Ibeo官網(wǎng)，申萬(wàn)宏源研究

美國(guó)Ouster公司推出的DF系列激光雷達(dá)即Flash激光雷達(dá)DF系列一共有短、中、

遠(yuǎn)三個(gè)類型.2022Q1已經(jīng)把第一批DF系列A樣發(fā)給車廠，并計(jì)劃向另外30多家OEM

和1家Tierl送出升級(jí)版A樣，最快預(yù)計(jì)2025年量產(chǎn)。Ouster預(yù)計(jì)其推出的DF系列可

以在車上安裝5個(gè)（1個(gè)前向Flash激光雷達(dá)+4個(gè)側(cè)向激光雷達(dá)），5個(gè)激光雷達(dá)總價(jià)可

控制在1000美元以內(nèi)。

圖3:Ouster純固態(tài)Flash激光雷達(dá)DF系列產(chǎn)品路線圖

DFsolkJ-statesensorroadmap

2025

PrototypeDetailedDesignVerificationProduct&ProcessValidationProductionRampProduction

A-SAMPLEB-SAMPLEC-SAMPLESTARTOF

PRODUCTION

OngoingSensor,Firmware,Software&AlgorithmsDevelopment

ProcessValuation

Ouster官網(wǎng)，申萬(wàn)宏源研究

和其他Flash激光雷達(dá)廠商不同的是Ouster還自研了SPAD芯片：2022年3月

Ouster發(fā)布了Chronos芯片，計(jì)劃在2022年底完成Chronos芯片流片，并在2023年

將該芯片集成到DF系列首批樣品中。

圖4Ouster用于DF系列Flash激光雷達(dá)的SPAD圖5:Ouster用于OS系列機(jī)械旋轉(zhuǎn)激光雷達(dá)的

芯片SPAD芯片（集成數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)）

OSSERIES

SYSTEM-ON-A-CHIPPROGRESSION

130nm40nm40nmXXnm

GodzillaChronos

2017201920212022

20212023

Ouster官網(wǎng)，申萬(wàn)宏源研究Ouster官網(wǎng)，申萬(wàn)宏源研究

2.問(wèn)題一：怎樣才算是性能優(yōu)異的Flash激光雷

達(dá)？

對(duì)于用于前向遠(yuǎn)距離探測(cè)的激光雷達(dá)，如果能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)“看得遠(yuǎn)"、“看得清"、

“看得廣”即為性能優(yōu)異。"看得遠(yuǎn)”指探測(cè)距離遠(yuǎn)，探測(cè)距離至少達(dá)到150m@10%反

射率，最好能夠探測(cè)到250米處的目標(biāo)物體.“看得清"一方面指角分辨率低，即要求能

夠看清楚150~200米范圍內(nèi)的行人、車輛等其他尺寸較小的障礙物；另一方面指幀率高，

即能夠在1秒內(nèi)獲取張數(shù)盡可能多的點(diǎn)云圖像，表1中的大部分Flash激光雷達(dá)的幀率為

25Hz。"看得廣”指視場(chǎng)角FOV足夠大，以拿到前裝定點(diǎn)項(xiàng)目最多的速騰聚創(chuàng)Ml為例，

其水平FOV為120°,垂直FOV為25。，可以推測(cè)能夠作為乘用車前裝前雷達(dá)的激光雷達(dá)

FOV也應(yīng)該滿足上述水平。

圖3:Flash激光雷達(dá)的三大性能以及影響三大性能的主要因素匯總

光學(xué)系統(tǒng)激光膿沖頻率

視場(chǎng)角

探測(cè)彳

像素?cái)?shù)量像素?cái)?shù)量

尺寸

角分辨率

角分辨率

看得遠(yuǎn)一一探測(cè)距離Flash激光雷達(dá)的探測(cè)距離主要受VCSEL激光發(fā)射功率、SPAD

最小可探測(cè)功率、激光發(fā)散角三個(gè)因素影響。

(1)激光發(fā)射功率越高，探測(cè)距離越遠(yuǎn)；激光發(fā)射功率的提高主要取決于激光芯片的

光功率密度。若發(fā)射功率提高1倍，則激光雷達(dá)探測(cè)距離將提升19%,而激光芯片的發(fā)射

功率是"激光芯片功率密度"和"發(fā)光面積”兩者的乘積，發(fā)光面積由于激光雷達(dá)體積、

激光芯片技術(shù)、成本、光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)難易程度四個(gè)方面原因的制約，提升空間有限；所以

激光芯片的光功率密度成為提高激光發(fā)射功率從而提升激光雷達(dá)探測(cè)距離的關(guān)鍵指標(biāo)。

(2)光電探測(cè)器最小可探測(cè)功率越小，探測(cè)距離越遠(yuǎn)；最小可探測(cè)功率取決于PDE

和暗計(jì)數(shù)。若PDE提高1倍，即最小可探測(cè)功率減小50%,則激光雷達(dá)探測(cè)距離將提升

19%。光電探測(cè)器的基本功能是把入射光功率轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的光電流。最小可探測(cè)功率表示

APD、SPAD、SiPM等光電探測(cè)器所能探測(cè)到的最小入射光功率，入射光燈率低于這個(gè)值

則將被噪聲淹沒(méi)無(wú)法被探測(cè)器探測(cè)到；NEP代表在信噪比為1時(shí)所需要的最小輸入光信號(hào)

功率，所以NEP代表了最小可探測(cè)功率。根據(jù)下圖中的公式，光子探測(cè)效率PDE越高，

暗計(jì)數(shù)越低,NEP越低——其中PDE指SPAD吸收并觸發(fā)雪崩的光子數(shù)和入射光子總數(shù)

的百分比；"暗計(jì)數(shù)率”是指在沒(méi)有光子射入時(shí)，由于熱運(yùn)動(dòng)或者其他干擾等條件導(dǎo)致的

一次電子雪崩，被錯(cuò)誤的記錄下來(lái)，可以簡(jiǎn)單理解為“噪聲"。因此PDE和暗計(jì)數(shù)成為衡

量SPAD光電探測(cè)器靈敏度最重要的指標(biāo)（APD對(duì)應(yīng)的該指標(biāo)名稱為量子效率）。由此可

計(jì)算若PDE提高1倍最小可探測(cè)功率將降低50%從而激光雷達(dá)探測(cè)距離將提升19%。

（3）激光發(fā)散角越小，探測(cè)距離越遠(yuǎn)；激光發(fā)散角取決于發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)的準(zhǔn)直性能。

若發(fā)散角減小50%,則激光雷達(dá)探測(cè)距離將提升41%。不論VCSEL還是EEL,激光從激

光芯片發(fā)射巴來(lái)都存在一定的發(fā)散角e，發(fā)散角直接影響了激光發(fā)射到目標(biāo)物體表面的光斑

面積（=n*（R*tan9）2）從而影響了激光打在目標(biāo)物體上的光功率密度，最終影響從目標(biāo)

物體表面反射回探測(cè)器表面的入射光功率。激光雷達(dá)的發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)中一般有準(zhǔn)直鏡和擴(kuò)

束鏡，能夠減小激光的發(fā)散角。但是即使光學(xué)系統(tǒng)的準(zhǔn)直性能再好，激光光束也不可能完

全準(zhǔn)直到0,始終存在一定的發(fā)散角，不可能完全是平行光，光學(xué)系統(tǒng)只可能盡可能減小發(fā)

散角。VCSEL的遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角一般為25°,如果不進(jìn)行準(zhǔn)直，傳播到100米處時(shí)光斑的半徑

就會(huì)變成47米，由此可見(jiàn)通過(guò)準(zhǔn)直減小光束發(fā)散角的重要性。

圖4:影響激光雷達(dá)探測(cè)距離的主要因素及其關(guān)系分析

激光雷達(dá)測(cè)距公式激光發(fā)射功率匕激光芯片光功率空度x發(fā)光面積

2PlT2AAKK

4srs玄光缶達(dá)（WRPWW,從而對(duì)激光

R=發(fā)射姻大小也杓限制

2

7TPr0^

R—激光雷達(dá)探測(cè)距離最小可探測(cè)功率匕噪聲等效功率NEP（信噪比=1）

因一激光發(fā)射功率八目標(biāo)面積

hv(>

暗計(jì)廷越儂仔NEP=77777：\/2x暗計(jì)數(shù)

岸一最小可探測(cè)功率■r一接收天線面積

的版⑶的POE”值拄好PDE——光子探測(cè)效率

『一大氣投射率\KS——目標(biāo)反射率h—常數(shù)

v—入射光子膿率

從酗叢雪上、乂角支止E光堂險(xiǎn)曷黑=救體偵測(cè)器》，申萬(wàn)宏源研究

看得廣一一視場(chǎng)角：Flash激光雷達(dá)的視場(chǎng)角FOV主要取決于焦距和SPAD尺寸，

原理可類比于攝像頭，攝像頭的視場(chǎng)角主要取決于焦距和CMOS尺寸。Flash激光雷達(dá)成

像原理和攝像頭非常相似，在接收視場(chǎng)角的影響因素上也可以借助費(fèi)像頭類比來(lái)幫助理解：

對(duì)于攝像頭，焦距越長(zhǎng)（由聚焦透鏡進(jìn)行調(diào)節(jié)），圖像傳感器CMOS尺寸半徑擁有的像素

數(shù)越低，視場(chǎng)角FOV越小；對(duì)于Flash激光雷達(dá)，焦距越長(zhǎng)，光電探測(cè)器SPAD尺寸半徑

所擁有的像素?cái)?shù)越低，F(xiàn)OV越小。

看得清——角分辨率和幀率：Flash激光雷達(dá)的角分辨率由視場(chǎng)角和像素?cái)?shù)決定，角

分辨率越低越好周此可以通過(guò)縮小視場(chǎng)角和提高SPAD像素?cái)?shù)量?jī)煞N方式縮小角分辨率。

（1）角分辨率：激光雷達(dá)輸出的圖像也被稱為"點(diǎn)云"圖像，相鄰兩個(gè)點(diǎn)之間的夾角就是

角分辨率。Flash激光雷達(dá)的角分辨率二視場(chǎng)角/像素?cái)?shù)量。角分辨率的數(shù)值越小越好，因此

為了減少數(shù)值提升角分辨率能力，需要減小視場(chǎng)角，增加探測(cè)器陣列的像素?cái)?shù)量。（2）幀

率：一幅點(diǎn)云圖像代表一幀，對(duì)于機(jī)械旋轉(zhuǎn)/半固態(tài)激光雷達(dá)，幀率即代表一秒鐘內(nèi)激光雷

達(dá)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)，也就是每秒鐘完成一圈掃描的次數(shù)；對(duì)于Flash激光雷達(dá)，幀率代表

每秒激光雷達(dá)獲取前方點(diǎn)云圖像的次數(shù)，所以幀率可以理解為激光雷達(dá)在時(shí)間維度上的分

辨率，幀率越高，實(shí)時(shí)性越強(qiáng)。

但是在設(shè)計(jì)Flash激光雷達(dá)視場(chǎng)角大小的時(shí)候更多是由“看得清"即“角分辨率”所

決定的角分辨率決定了Flash激光雷達(dá)的有效探測(cè)距離如果要看清楚200米處的小狗、

車輛、行人，則垂直角分辨率應(yīng)該低于?！?像素。激光雷達(dá)能測(cè)出遠(yuǎn)方某個(gè)物體要解決兩

個(gè)方面的問(wèn)題一先"覆蓋到"，后"探測(cè)到"。角分辨率解決的是“覆蓋到"的問(wèn)題，

一個(gè)物體先要被發(fā)射的激光"覆蓋到"，然后才能探討是不是能被“探測(cè)到"，探測(cè)到也

就是“看得遠(yuǎn)"那一段文字所論述的問(wèn)題。根據(jù)下圖表格中的計(jì)算數(shù)據(jù)，以角分辨率0.9°

為例，激光擴(kuò)散到前方20米處，由于光束之間的垂直高度大約為0.米，大于馬路牙子

的高度0.15米，所以在20米處就檢測(cè)不到馬路牙子了；同理在50米處會(huì)探測(cè)不到小狗，

在100米處會(huì)探測(cè)不到車輛，在200米處就檢測(cè)不到行人了。角分辨率越低，就能在越遠(yuǎn)

的距離看到越矮的目標(biāo)物體。如果漏檢車輛和行人，將容易發(fā)生交通事故。所以由于SPAD

像素?cái)?shù)量有限，目前技術(shù)水平有限只能做出較低像素?cái)?shù)量的SPAD等光電探測(cè)器，因此只

有通過(guò)“犧牲廣度"，即通過(guò)壓縮視場(chǎng)角來(lái)縮小角分辨率，從而提升有效探測(cè)距離。

圖8:Flash激光雷達(dá)角分辨率和視場(chǎng)角對(duì)激光雷達(dá)有效探測(cè)距離的影響

CMOS區(qū)域半徑厲擁有的像素?cái)?shù)

攝像頭探測(cè)距離

/mW--t.ana）

+=SP/1D區(qū)域半徑所擁有的像素?cái)?shù)

激光雷達(dá)探測(cè)距離視場(chǎng)角焦距=-----------------------------

tarw

（F山。itt光曾達(dá)角分將率決定了、戶數(shù)":100.010.050.1■0.20.30.40.50.70.91

"激光的問(wèn)0,從100.000.010.020030.050070090.120160.17

力決定了有次探出feat

200.000.020.030.070.100.140.170240.310.35

500.010.040.090.170260.350440.610.790.87

接收光學(xué)系統(tǒng)1000.020.090.170.350.520.700.871221.571.75

1S00.030.130260.520.791.051.311332.362.62

2000.030170.350.701.051.401.752.443143.49

楠M不到“曲力叫人到上睛

e角分部率

資料來(lái)源：申萬(wàn)宏源研究O.35m0.45m1.75m

但是從表1的歸納中我們可以發(fā)現(xiàn)，目前主流Flash激光雷達(dá)有兩種配置：（1）大

FOV,中短距探測(cè)：要求光源具備大發(fā)散角和非常高的功率。（2）小FOV,長(zhǎng)距離探測(cè)：

要求光源發(fā)散角要小，中等高功率即可。

上述配置說(shuō)明：目前Flash激光雷達(dá)無(wú)法同時(shí)滿足上述“看得遠(yuǎn)"、"看得清”、“看

得廣”3個(gè)住能，作為前雷達(dá)還需要上游關(guān)鍵電子元器件性能成熟。其中,Flash激光雷達(dá)

最關(guān)鍵的兩大電子元器件是VCSEL激光芯片和SPAD光電探測(cè)器一一以下篇幅我們將對(duì)

VCSEL和SPAD這兩大關(guān)鍵元器件所需突破的瓶頸進(jìn)行詳細(xì)分析。

3.問(wèn)題二：發(fā)射端為什么要用VCSEL?

機(jī)械旋轉(zhuǎn)和MEMS激光雷達(dá)選擇EEL更適合，原因在于：EEL光功率密度更大，能探

測(cè)更遠(yuǎn)的距離；相較之下VCSEL用在機(jī)械旋轉(zhuǎn)和半固態(tài)等激光雷達(dá)有一個(gè)最大的問(wèn)題是光

學(xué)設(shè)計(jì)會(huì)復(fù)雜很多以及光功率密度比較低。（1）機(jī)械旋轉(zhuǎn)激光雷達(dá)：多線激光雷達(dá)都需要

把激光準(zhǔn)直到比較小的發(fā)散角度（比如0.1~0.2。），但是VCSEL這么大的發(fā)光面積比較難

實(shí)現(xiàn)。（2）MEMS激光雷達(dá)：EEL占主導(dǎo)優(yōu)勢(shì)是因?yàn)镸EMS激光雷達(dá)本身體積就不大，

MEMS振鏡直徑大約l-2mm,想用VCSEL這么大的發(fā)光面積（一顆250|jm*250|jm,

有點(diǎn)光源和線光源兩種形式），把光線準(zhǔn)直到這么小的MEMS面積上面（大約l-4mm2）,

整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)會(huì)比較難實(shí)現(xiàn)。而EEL整個(gè)發(fā)光面積比較小（一顆200pm*10|jm）,更容

易準(zhǔn)直。

Flash激光雷達(dá)更適合用VCSEL主要原因在于VCSEL相較于EEL具備更大的發(fā)光面

積，F(xiàn)OV可以做得比較大；如果把EEL用在Flash上則光學(xué)設(shè)計(jì)會(huì)很復(fù)雜，需要好的光學(xué)

設(shè)計(jì)去擴(kuò)散EEL發(fā)出來(lái)的光。

圖9:各類型激光雷達(dá)所應(yīng)該選擇的激光光源類型（餅圖深色部分代表了合適程度）

短距中距長(zhǎng)距

0m-40m1m-90m1m-250m

CityTraffic.CityTraffic.Freewaylongdistanceview

FreewaylanechangeInterurbanroadcrossing

Freewayrearview

全覆蓋固態(tài)LiDARwEELWEEL

。VCSEL?VCSEL

OVCSELSVCSEL

分區(qū)修蓋固態(tài)LIDAR。VCSEL

?EEL

MEMS和梭鐐式LiDAREELQEEL

。1

EEL

機(jī)械旋轉(zhuǎn)式.。EELwEEL

LiDARBVCSELSVCSEL

版司朗前$申萬(wàn)宏源研究VCSEL

EEL和VCSEL特性主要區(qū)別在于光功率密度&發(fā)光面積、溫漂、光束質(zhì)量上有明顯差

異：

（1）光功率密度&發(fā)光面積（EEL明顯好于VCSEL）:光功率密度表示單位時(shí)間內(nèi)，

激光輻照在其位面積靶材上的能量大小。EEL的光功率密度一般是60000W/mm2，而現(xiàn)在

功率密度最高的五結(jié)VCSEL大約1000W/mm2（全球VCSEL頭部廠商Lumentum發(fā)布

的五/六層結(jié)VCSEL最高功率密度能達(dá)到1400W/mm2，國(guó)內(nèi)VCSEL芯片頭部廠商長(zhǎng)光華

芯目前5層結(jié)VCSEL芯片光功率密度最高能達(dá)到1200W/mm2）.造成上述差異主要在

于VCSEL的發(fā)光面積遠(yuǎn)大于EEL,由于VCSEL是面發(fā)光，VCSEL芯片本身是由幾十個(gè)甚

至上百個(gè)發(fā)光點(diǎn)所組成的發(fā)光面，一般考慮通過(guò)增加發(fā)光面積（增加發(fā)光點(diǎn)或者增加單孔

發(fā)光孔徑）夾提升光功率"旦是EEL諧振腔平行于襯底，因此只要激光器越長(zhǎng)，那么單孔

功率就越大。從Lumentum,長(zhǎng)光華芯和歐司朗公布的數(shù)據(jù)中可以看出，VCSEL發(fā)光面

積（250Hm*250pm）遠(yuǎn)大于EEL發(fā)光面積：220口m*10pm）。

（2）溫漂（VCSEL好于EEL）:溫漂指波長(zhǎng)隨溫度變化而漂移，由于車規(guī)工作溫度

范圍是在-40~+105℃之間，范圍很大，因比溫漂越低越好從而保證工作波長(zhǎng)的穩(wěn)定性。

VCSEL的溫漂性能要比EEL好很多,VCSEL只有0.07nm/℃,而EEL是0.3nm/℃。

（3）光束質(zhì)量（EEL慢軸好于VCSEL）:EEL是橢圓形光斑，長(zhǎng)的對(duì)稱線是快軸和短

的對(duì)稱線是慢軸，EEL光束的慢軸遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角只有10°,光束質(zhì)量很高；而VCSEL是堆成

的圓形光斑，光束遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角大約20°,準(zhǔn)直系統(tǒng)設(shè)計(jì)相對(duì)EEL會(huì)更困難一些。

表2:EEL和VCSEL特性對(duì)比

類型EELVCSEL

Laser技術(shù)InGaAs/GaAsGaAs

波長(zhǎng)905nm905nm/940nm

發(fā)射結(jié)構(gòu)邊發(fā)射垂直表面發(fā)射

光譜寬度7nm1nm

光功率由腔體長(zhǎng)度調(diào)節(jié)由面積調(diào)節(jié)

功率密度125W@0.0022mm21000W@1mm2

-60000W/mm2-1000W/mm2

光束發(fā)散角10°x25°20°

光束質(zhì)量非對(duì)稱/中發(fā)散度對(duì)解低發(fā)散度

波長(zhǎng)漂移O.3nm/K-xO.O7nm/K0.07nm/K

功率下降與溫度-0.25%/K-0.15%/K

溫度范圍-40-+125℃-40~+125℃

上升和下降沿時(shí)間<1ns<1ns

歐司朗，申萬(wàn)宏源研究

圖10:長(zhǎng)光華芯激光雷達(dá)專用VCSEL芯片功率密度約1000-1200W/mm2

發(fā)光面積

長(zhǎng)光華芯激光雷達(dá)專用VCSE出片參數(shù)

參數(shù)單位figfigI

發(fā)光點(diǎn)數(shù)個(gè)10813254

工作電流A15187

工作電壓V202011

峰值波長(zhǎng)nm940/905940/905940/905

峰值輸出功率W657525

*250um

遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)觸角（水平）232323

閾值電源A0.10.130.05?波長(zhǎng)905/940±6nmI客戶定制）

發(fā)光區(qū)寬度pm250250375?5個(gè)PN結(jié)wddddsasccc

發(fā)光區(qū)高度pm25025065?功率超過(guò)75W

溫漂系數(shù)

功率密度W/mm2104012001026?0.07n"C

資料來(lái)源：長(zhǎng)光華芯，申萬(wàn)宏源研究

圖11:歐司朗激光雷達(dá)專用EEL芯片功率密度最高可達(dá)60000W/mm2

歐司蚪送光雷達(dá)專用EE3片參數(shù)

?型號(hào)單位SPLDP903SPLDS90A3SPtS1L9OA3SPLS4190A

廠商K3KH司的京司的

關(guān)SEELEEL旭rtl■

書(shū)信數(shù)333x3x