2022年，被稱為激光雷達規模化生產的元年，根據Yole發布的《2022年汽車與工業領域激光雷達報告》顯示，中國廠商已成為全球車載激光雷達賽道的重要玩家，預計2022年有超過20萬臺的激光雷達交付上車。隨著激光雷達性能、成本、可靠性等不斷優化，2023年激光雷達有望出現爆發性的增長。

作為激光雷達的重要組成之一的光源也隨著各種技術路線的競爭，引發了廣泛的關注和討論，EEL、VCSEL和MOPA光纖激光器是當前三種主流激光器，在機械掃描、棱鏡旋轉掃描和MEMS掃描系統中，EEL覆蓋了長中短距的各種應用，是最理想的光源。在全區域爆閃模式下的固態激光雷達，則根據距離的要求而選擇VCSEL或EEL。而應用在分區控制等固態激光雷達應用則可以充分利用VCSEL的多發光孔的特性，實現1D/2D控制，在短距固態應用中成為優選。

來源：Yole, 觀研天下等

綜合Yole等機構的統計數據，當前激光雷達的光源仍然以EEL為主，占據55%的市場份額，VCSEL占有18%的份額。光源的制約因素主要有性能、成本、產業成熟度、人眼安全等因素，綜合來看，905nm EEL仍是目前激光雷達應用綜合性能的最優解，同時是市場的選擇。

但是，常規的EEL也存在一些性能缺點，例如波長溫漂系數通常為0.28 nm/K，遠高于VCSEL的0.07 nm/K，這也成為限制EEL發展的重要因素，尤其在滿足車規級的-40℃~125℃溫度范圍內，光源本身的波長變化率越小，探測器的帶通濾波器的波長范圍就可以設置得更窄。鑒于此，作為國內激光雷達發射芯片的領先供應商瑞波光電日前推出具備自主核心技術的新一代3J和4J的低溫漂65W、135W、165W 905nm芯片系列，波長隨溫度變化系數小于0.09 nm/K，部分型號達到0.06 nm/K，在溫度漂移特性已經接近甚至優于VCSEL，實現了國產905nm EEL芯片的重大技術突破，填補了國內空白，同時削弱了VCSEL的競爭優勢。

瑞波光電新一代905nm EEL芯片系列有四個特點：

● 溫漂系數低，即波長隨溫度的變化率低。一般市面上905nm的EEL激光器，波長隨溫度變化率在0.28 nm/K，而瑞波新一代65W、135W、165W 905nm芯片系列的溫漂系數小于0.09 nm/K，部分型號的溫漂系數為0.06 nm/K。光源本身的波長變化率越小，探測器的帶通濾波器的波長范圍就可以設置得更窄，對于激光雷達整體的抗噪性能和測量精度的提高都有很大幫助。

● 功率密度高、功率高。在3J 65W等級產品里面實現了110μm業界超窄的發光線寬，在3J 135W和4J 165W等級實現220μm業界超窄的發光線寬，有助于支持實現長距離測距和高精度測距。激光器本身的發光尺寸越窄，經過透鏡之后得到的平行光斑就越小，光斑中心部分光強就越強，可以打得更遠，測的精度也越高。3J芯片和4J芯片的斜率效率分別達到了3.5W/A和4.5W/A， 其中新一代4J芯片實現了量產芯片里最高的輸出功率165W。

● 快軸和慢軸發散角得到優化。瑞波公司新一代905nm芯片快軸發散角為22°，慢軸發散角為10°，而常規905nm芯片的快軸發散角通常為30°，慢軸發散角17°，這樣意味經過準直后的實際等效功率密度會得到大大提升。

●? 高溫下功率穩定性全球最佳。瑞波公司新一代905nm芯片在環境溫度從25變化到125攝氏度，功率變化量小于30%，而該指標的行業普遍水平為40-50%。高溫下功率穩定意味著高熱負載下功率穩定。據評估，瑞波芯片在500kHz高重頻下仍然有優秀的輸出功率。

“我們認為激光雷達中的EEL和VCSEL技術，屬于既競爭又補充的關系，就像VCSEL在不斷提升光功率密度一樣，EEL也在不斷優化溫漂特性、發散角特性等性能，同時不斷降低成本，瑞波光電一直致力于開發高性能的EEL芯片，在保持高功率密度的前提下，不斷提升光學性能和溫度特性，為激光雷達的設計帶來系統性革新。”深圳瑞波光電子有限公司市場負責人于占濤表示。

“EEL相比VCSEL的最大技術優勢是光功率密度非常高，比VCSEL至少高1個數量級。目前瑞波光電開發的905nm EEL芯片的功率密度可以達到50 kW/mm2，而當前VCSEL通過多結工藝將功率密度最高提升到2 kW/mm2，但仍與EEL有很大的差距。”

低溫漂EEL和VCSEL性能對比表（來源：瑞波光電）

從上述表中我們可以發現，多結VCSEL相比低溫漂EEL，仍存在功率密度的短板，并且低溫漂優勢被追平，EEL可將溫漂降系數低到0.06 nm/K甚至更低，VCSEL僅剩低成本、二維特性方面的優勢，但是EEL仍可以通過性能改進和規模化制造，抵消VCSEL的優勢。例如EEL可以通過規模效應和自動化制造技術將成本降低至VCSEL同等級別；EEL可以通過封裝實現二維可尋址陣列；新一代EEL的快軸發散角寬度已經比上一代減少1/3，未來還有改善的空間；同時EEL有個優勢是偏振態固定，而VCSEL的偏振態比較隨機、影響測距的精度。另外，VCSEL陣列在高功率輸出的同時工作電流需要達到數百A，這也對驅動電源形成很大的挑戰。

未來瑞波光電將持續優化溫漂系數，進一步做窄發射區尺寸，提升光功率密度，提升出光效率，繼續鞏固905nm EEL的技術優勢。

在過去的2022年，瑞波905nm EEL激光雷達發射芯片通過車規AEC-Q102里四項測試項目，包括HTOL、WHTOL、PTC和ESD-HBM。瑞波還積累了超過500萬器件小時的長期壽命測試數據，以此數據建立的壽命模型預測器件的壽命超過100萬小時。憑借優異的性能和高可靠性，瑞波光電目前已經與國內多家頭部激光雷達廠商展開深度合作，并實現批量的應用。

作為可以探測更遠距離或更廣視角并立體成像的傳感器，車規激光雷達已經被證明是高級別輔助駕駛不可或缺的關鍵部件。隨著像素密度愈來愈高，體積越來越小，成本越來越低，激光雷達在ADAS及自動駕駛傳感器中的比重會越來越大，同時也對激光芯片提出更高要求，瑞波光電愿與業界同仁一起，開發出滿足市場需求的高性能、高可靠性、低成本的激光雷達。

編輯：黃飛

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