11/01/2024，光纖在線訊，激光技術(shù)的前世今生，是從象牙塔陽(yáng)春白雪到接入滿滿地氣的過(guò)程。愛(ài)因斯坦的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)和受激輻射預(yù)言了半個(gè)世紀(jì)后激光器的誕生，激光雷達(dá)緊接著應(yīng)運(yùn)而生。探月，看木星，水星表面形貌，探測(cè)海洋和大氣，最后是飛機(jī)和汽車的導(dǎo)航。從天上到地下，走過(guò)星辰大海。而今，斗轉(zhuǎn)星移，舊時(shí)王謝門前燕，飛入尋常百姓家。2020年后激光雷達(dá)開(kāi)始大規(guī)模普及，華夏大地見(jiàn)證了車載激光雷達(dá)的崛起。一時(shí)間群雄逐鹿，風(fēng)起云涌。經(jīng)歷一系列激光器的探索和競(jìng)爭(zhēng)，面發(fā)射已然成為當(dāng)今車載一大主流。其中，常州縱慧芯光半導(dǎo)體有限公司推出的顛覆性創(chuàng)新技術(shù)，增透腔面發(fā)射激光器（AR-VCSEL），改寫了傳統(tǒng)教科書(shū)中的VCSEL一維結(jié)構(gòu)，以創(chuàng)紀(jì)錄的近衍射極限發(fā)散角，卓越的光束質(zhì)量和超強(qiáng)亮度，把基于VCSEL的激光雷達(dá)探測(cè)距離從150米增加到300米，一經(jīng)問(wèn)世就伴隨大規(guī)模的應(yīng)用，如今已載入近百萬(wàn)輛車
。
       感謝《自然·通訊》雜志的邀請(qǐng)，我們?cè)谶@篇文章分析了各類激光器技術(shù)在車載激光雷達(dá)的優(yōu)缺點(diǎn)，詳細(xì)討論了面發(fā)射激光器在半固態(tài)和全固態(tài)（1D和2D）的應(yīng)用，以及AR-VCSEL給這一領(lǐng)域帶來(lái)的顛覆性革新。文章展示了縱慧在激光雷達(dá)領(lǐng)域的幾個(gè)代表性量產(chǎn)產(chǎn)品，以及為何AR-VCSEL代表了車載激光雷達(dá)未來(lái)的方向。

本文英文原版（Evolution of laser technology for automotive LiDAR, an industrial viewpoint）鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-51975-6
AR-VCSEL的英文原版（Antireflective vertical-cavity surface-emitting laser for LiDAR）鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-44754-w

以下是中文版本：
       近年來(lái)，激光雷達(dá)技術(shù)不斷創(chuàng)新，眾多激光技術(shù)和系統(tǒng)解決方案激烈競(jìng)爭(zhēng)。基于垂直腔表面發(fā)射激光器（VCSEL）和增透腔面發(fā)射激光器（AR-VCSEL）的解決方案逐漸展現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)并開(kāi)始占據(jù)主流市場(chǎng)。本文立足于行業(yè)現(xiàn)實(shí)，介紹了商用汽車激光雷達(dá)激光技術(shù)的歷史軌跡，尤其是VCSEL和AR-VCSEL 技術(shù)的興起及其未來(lái)前景。

1、激光雷達(dá)簡(jiǎn)介
       上個(gè)世紀(jì)60年代，在Theodore Maiman 和他所在的Hughes公司的研發(fā)團(tuán)隊(duì)做出世界第一臺(tái)紅寶石激光器之后，LiDAR（光探測(cè)與測(cè)距）就應(yīng)運(yùn)而生了。它最初應(yīng)用于氣象學(xué)、海洋和地形測(cè)繪。1971年，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）在阿波羅15號(hào)上安裝了一臺(tái)名為月球激光測(cè)距反射器（LRRR）的激光雷達(dá)，用于繪制月球表面地圖。后來(lái)又在飛往火星和水星的航天器中推廣使用。直到 2010 年代，激光雷達(dá)才開(kāi)始應(yīng)用于商用汽車。到了 2020 年代，車載激光雷達(dá)在高端電動(dòng)汽車中開(kāi)始流行。激光雷達(dá)可提供富含物體深度和速度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)點(diǎn)云圖像，是輔助駕駛和自動(dòng)駕駛的關(guān)鍵組成部分。全球有上百家激光雷達(dá)公司。北美是汽車激光雷達(dá)商業(yè)化的先驅(qū)，也是 LiDAR 公司 IPO 最多的地區(qū)。其中Velodyne 在2010 年左右為硅谷的眾多自動(dòng)駕駛公司提供機(jī)械旋轉(zhuǎn)激光雷達(dá) HDL-64E。近年來(lái)在亞洲，尤其是在智能電動(dòng)汽車發(fā)展的浪潮中，激光雷達(dá)公司顯著崛起。與之形成鮮明對(duì)比的是，歐洲則是傳統(tǒng)巨頭企業(yè)的天下。激光雷達(dá)行業(yè)在 2022 年經(jīng)歷了一些動(dòng)蕩，其標(biāo)志是激光雷達(dá)先驅(qū) Quanergy 和Ibeo的倒閉。但在 2023 年，中國(guó)電動(dòng)汽車的崛起推動(dòng)了LiDAR 的大規(guī)模使用和整體行業(yè)的反彈。目前，全球激光雷達(dá)市場(chǎng)的主要參與者包括歐洲的Valeo、北美的 Luminar 和 Ouster，以及亞洲的 Hesai、RoboSense、Seyond 和 Innoviz。

       典型的汽車激光雷達(dá)系統(tǒng)包括掃描激光器、接收器、相關(guān)的光學(xué)元件以及集成驅(qū)動(dòng)和處理器電路，與攝像頭、傳感器以及定位和導(dǎo)航系統(tǒng)協(xié)同工作。在功能上，汽車激光雷達(dá)分為負(fù)責(zé)遠(yuǎn)距離前方感知的主雷達(dá)和用于外圍環(huán)境感知輔助激光雷達(dá)。兩者結(jié)合可實(shí)現(xiàn) 360° 全方位感知，消除盲點(diǎn)。主雷達(dá)所需的探測(cè)距離從 150 米到 350 米不等，主要受幾個(gè)因素的影響：最高車速限制、自動(dòng)駕駛級(jí)別 (汽車工程師協(xié)會(huì)將其分為六級(jí)） 和地區(qū)法規(guī)。

       根據(jù)探測(cè)方法，激光雷達(dá)技術(shù)可分為頻率調(diào)制連續(xù)波(FMCW) 和飛行時(shí)間 (ToF)。FMCW利用返回光與頻率調(diào)制的發(fā)射光的混合來(lái)確定運(yùn)動(dòng)物體的距離和速度， ToF 則通過(guò)計(jì)算發(fā)射脈沖與返回脈沖之間的時(shí)間間隔來(lái)確定距離。ToF 也是最早用于激光雷達(dá)的技術(shù)，例如在 LRRR 中。目前，大多數(shù)激光雷達(dá)制造商都傾向于使用 ToF 技術(shù)，因?yàn)樗�操作�?jiǎn)單、成本較低。因此，下文將主要討論 ToF及相關(guān)激光技術(shù)。

2、商用激光雷達(dá)的激光器和其探測(cè)距離
       激光技術(shù)與先進(jìn)光學(xué)技術(shù)相結(jié)合的創(chuàng)新成果不勝枚舉。這些創(chuàng)新技術(shù)，尤其是納米光子解決方案，實(shí)現(xiàn)了激光與掃描的更高集成度，使系統(tǒng)進(jìn)一步微型化，并為激光雷達(dá)系統(tǒng)的長(zhǎng)遠(yuǎn)未來(lái)帶來(lái)了希望。本文將重點(diǎn)關(guān)注成功應(yīng)用于商用汽車激光雷達(dá)的激光解決方案，和未來(lái)幾年的動(dòng)態(tài)趨勢(shì)。

      
       表 1 展示了不同探測(cè)距離下的商用激光雷達(dá)系統(tǒng)中采用的激光技術(shù)。1550 nm 光纖激光器在遠(yuǎn)距離探測(cè)方面效果突出，這是因?yàn)樵摬ㄩL(zhǎng)的人眼安全的功率閾值較高。典型的激光雷達(dá)產(chǎn)品包括 Luminar Iris 和Seyond Falcon。雖然這種解決方案在探測(cè)范圍和分辨率方面表現(xiàn)出色，但也面臨著很多重大挑戰(zhàn)，比如激光器和 InGaAs 探測(cè)器的高成本、高功率導(dǎo)致的散熱問(wèn)題、可靠性風(fēng)險(xiǎn)以及光纖激光器龐大的物理尺寸。

       在中長(zhǎng)距離激光雷達(dá)領(lǐng)域，905 nm EEL（邊緣發(fā)射激光器）與光纖激光器相比，在成本和尺寸方面都提供了更經(jīng)濟(jì)的解決方案。歐司朗的 905 nm 3J EEL通過(guò)改善溫度穩(wěn)定性 ，與 MEMS 反射鏡相結(jié)合，成功應(yīng)用于第一代混合掃描激光雷達(dá)系統(tǒng)。905 nm 激光雷達(dá)的探測(cè)距離在近年來(lái)也得到了顯著提高，得益于更高效率的探測(cè)器。例如，索尼公司于 2021 年底發(fā)布的 IMX459 疊加式 SPAD 深度傳感器，光子探測(cè)效率高達(dá) 24%，已成為最受歡迎的激光雷達(dá)傳感器之一。

       VCSEL 最先應(yīng)用于手機(jī)和消費(fèi)類設(shè)備的短距離激光雷達(dá)和三維傳感手機(jī)和消費(fèi)類設(shè)備，由飛利浦、Lumentum、Coherent（II-VI 和 Finisar）以及 AMS-Orsram（Princeton + Vixar）率先使用。與 EEL 相比，VCSEL有許多優(yōu)勢(shì)：1. 靈活照明，如可形成 1D/2D 可尋址陣列；2. 內(nèi)在波長(zhǎng)溫度穩(wěn)定性(0.07 nm/°C）；3.圓形光束，適用簡(jiǎn)易光學(xué)元件；4. 更易于封裝；5. 以陣列取代單個(gè)發(fā)射器，增加冗余可靠性；6. 成本效益高，6 英寸砷化鎵代工廠已在智能手機(jī) 3D 傳感大規(guī)模生產(chǎn)中建立了良好的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)VCSEL僅有的缺點(diǎn)是功率密度和亮度通常較低。多結(jié)技術(shù)的出現(xiàn)大大提高了功率密度和功率轉(zhuǎn)換效率（PCE)，克服了以前在中長(zhǎng)距離激光雷達(dá)應(yīng)用中的瓶頸。例如，Lumentum 用于 Hesai AT128 的 905 nm 5 結(jié) VCSEL。但亮度依然需要提高，僅僅依靠更多結(jié)數(shù)仍然不夠。

       增透腔面發(fā)射激光器（AR-VCSEL）是激光雷達(dá)領(lǐng)域最近出現(xiàn)的一種具有競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)，在減少發(fā)散和提高亮度方面取得了顯著突破。AR-VCSEL 的誕生極大擴(kuò)展了 905 nm 和 940 nm 激光雷達(dá)的探測(cè)范圍和分辨率，涵蓋了汽車激光雷達(dá)所需的所有探測(cè)距離范圍。盡管相關(guān)的研發(fā)進(jìn)展在2024年才發(fā)表，AR-VCSEL 早在 2021 年就已研發(fā)成功，如今已在商用遠(yuǎn)程激光雷達(dá)中大規(guī)模采用。

3、掃描方法和激光技術(shù)的共同發(fā)展

      
       根據(jù)掃描方法的不同，商用車載激光雷達(dá)可分為三種類型：機(jī)械式激光雷達(dá)（涉及激光器、透鏡和傳感器的轉(zhuǎn)動(dòng)）、混合固態(tài)激光雷達(dá)（其中只有掃描 MEMS/鏡片移動(dòng)），以及全固態(tài)激光雷達(dá)（沒(méi)有機(jī)械運(yùn)動(dòng)，掃描光束由電子控制）。

       圖 1 顯示了四種基于 VCSEL 的激光雷達(dá)掃描方案，包括一種混合掃描（圖 1a）和三種固態(tài)掃描（圖 1d、g 和 j）。每種方案都各有利弊。其他掃描方法包括光相控陣列(OPA)、焦平面開(kāi)關(guān)陣列、聲光光束掃描、平面透鏡、MEMS集成超表面、液晶超表面（LCM）裝置等。其中，OPA 和 LCM 在逐步商業(yè)化但仍未量產(chǎn)，其他器件仍處于研究階段。

3.1混合固態(tài)：EEL vs. AR-VCSEL
       純機(jī)械激光雷達(dá)在 L2和L3高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）中幾乎已經(jīng)淘汰。（L2，部分自動(dòng)駕駛，L3，有條件自動(dòng)駕駛）混合固態(tài)激光雷達(dá)登上了舞臺(tái)的中心。

       混合固態(tài)激光雷達(dá)制造商最初將點(diǎn)光源（如 1550 nm 光纖激光器或 905 nm EEL）與 2D-MEMS 或反射鏡相結(jié)合。最近流行的一種解決方案是，在一個(gè)方向上對(duì)固態(tài)光源進(jìn)行電控制掃描，在另一個(gè)方向上用一維多邊形轉(zhuǎn)鏡實(shí)現(xiàn)機(jī)械掃描。這種固態(tài)光源由一系列小型VCSEL / AR-VCSEL 芯片（如 Hesai AT128）或一連串 VCSEL / AR-VCSEL窄陣列。這種演變不需要MEMS，從而消除了激光器和 MEMS 之間精確對(duì)準(zhǔn)的需要，也避免了 MEMS相關(guān)的視場(chǎng) (FOV) 不足的問(wèn)題 （例如，Robosense M1 需要五個(gè) EEL 模塊才能實(shí)現(xiàn) 120° 的視場(chǎng)角），并將電機(jī)數(shù)量從兩個(gè)減少到一個(gè)。

       圖 1b 顯示了一個(gè)長(zhǎng) 2.6 毫米、窄 85 μm（發(fā)射區(qū)域）的 6 結(jié) AR-VCSEL 陣列，峰值輸出功率為 400W，D86 的發(fā)散度為 16 度 （圖 1c 所示）。低發(fā)散多結(jié) AR-VCSEL窄陣列在其短邊方向保持了很好的光束質(zhì)量（BPP），實(shí)現(xiàn)了高水平分辨率。同時(shí)，通過(guò)延長(zhǎng)垂直長(zhǎng)度來(lái)提高總功率。在這種情況下，垂直分辨率取決于接收器的像素尺寸和密度。

       盡管我們?cè)趫D 1中 主要關(guān)注基于 VCSEL 的解決方案，需要補(bǔ)充的是EEL 和光纖激光器也可以被集成到混合固態(tài)激光雷達(dá)系統(tǒng)中。值得注意的是，EEL 與 2D-MEMS 技術(shù)相結(jié)合，也得到了大規(guī)模應(yīng)用，如Robosense M1 和 MX 等激光雷達(dá)產(chǎn)品。在未來(lái)幾年中，我們預(yù)計(jì) EEL 和基于 AR-VCSEL 的解決方案之間將展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)�；�于 EEL 的激光雷達(dá)將通過(guò)減少EEL 的數(shù)量實(shí)現(xiàn)降本，同時(shí)增加透鏡解決數(shù)量減少帶來(lái)的角度覆蓋問(wèn)題。而 AR-VCSEL則在功率密度和亮度方面有更大的提升空間，同時(shí)縮小器件面積。性能方面，基于 EEL 的激光雷達(dá)通常射程一般超不過(guò) 200 米，而目前已經(jīng)量產(chǎn)的6 結(jié) AR-VSCEL 激光雷達(dá)已經(jīng)超過(guò)這一距離，未來(lái)8-10 結(jié)量產(chǎn)有望將探測(cè)距離進(jìn)一步擴(kuò)大到300-400m。此外，與 EEL 相比，VCSEL、AR-VCSEL 的應(yīng)用對(duì)整個(gè)激光雷達(dá)系統(tǒng)的降本更有幫助。這表明 AR-VCSEL 可能具有顯著的長(zhǎng)期優(yōu)勢(shì)。

3.2全固態(tài)激光雷達(dá)
       全固態(tài)激光雷達(dá)消除了移動(dòng)部件，以電子掃描取代機(jī)械掃描。商業(yè)上可行的解決方案包括 帶有用于閃光照明的散焦透鏡的 VCSEL（圖 1d）、以及帶有散焦透鏡的 1D/2D 可尋址 VCSEL（圖 1g、j）。其他方案包括Lumotive 的包含LCM 的 VCSEL / EEL，以及Quanergy、Aeva、LightIC、Scantinel Photonics 等公司展示的帶有 OPA 的 FMCW EEL LiDAR。這些解決方案尚未實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，而用于激光雷達(dá)的可尋址 VCSEL 陣列正逐步進(jìn)入量產(chǎn)階段。Flash VCSEL 最初應(yīng)用于智能手機(jī)上的 ToF 攝像頭，為整個(gè)視場(chǎng)提供泛光照明。然而，它們的探測(cè)范圍有限，通常只能探測(cè)短距離。中長(zhǎng)距離激光雷達(dá)利用一維和二維可尋址 VCSEL 陣列進(jìn)行循環(huán)掃描。如圖 1h、i 所示，1D 技術(shù)可視為一組具有單獨(dú)陽(yáng)極和共同陰極的 VCSEL 窄陣列群。二維可尋址 VCSEL 陣列矩陣（圖 1k）可單獨(dú)控制陽(yáng)極和陰極，照明策略更加靈活。不過(guò)，其金屬互聯(lián)增加了制造的復(fù)雜性，與一維解決方案相比，面臨的挑戰(zhàn)稍多一些。圖 1l 顯示了可尋址 VCSEL 陣列的單個(gè)區(qū)域的 LI 性能、NF 和 FF 圖像。目前開(kāi)發(fā)的大多數(shù)全固態(tài)激光雷達(dá)解決方案都首先瞄準(zhǔn)的是中短程。我們相信要實(shí)現(xiàn)全固態(tài)長(zhǎng)距離激光雷達(dá)，AR-VCSEL 必將在其中發(fā)揮關(guān)鍵作用。AR-VCSEL、 VCSEL 解決方案在技術(shù)準(zhǔn)備和成本效益方面都取得了快速進(jìn)展，成為全固態(tài)激光雷達(dá)光源的最具競(jìng)爭(zhēng)力的競(jìng)爭(zhēng)者。

4、未來(lái)激光雷達(dá)技術(shù)的關(guān)鍵要求
       接下來(lái)我們將探討未來(lái)激光雷達(dá)對(duì)光源的幾個(gè)關(guān)鍵性能要求，包括：高功率密度、高 PCE、良好的光束質(zhì)量、高可靠性和低成本。

4.1功率密度和能量轉(zhuǎn)換效率PCE
       峰值功率越高，信噪比就越大，激光雷達(dá)的探測(cè)距離就更遠(yuǎn)。結(jié)數(shù)和量子效率成正比，更多結(jié)數(shù)的VCSEL確保了更高的量子效率，在相同的驅(qū)動(dòng)電流下，功率密度可以更高（圖 2a）。在相同的光功率下，PCE 會(huì)更高（圖 2b）。目前市場(chǎng)上用于LiDAR的量產(chǎn)的 VCSEL 結(jié)數(shù)為 5-6 個(gè)，并且有可能每隔 18 個(gè)月增加 2 個(gè)，類似摩爾定律。出于研發(fā)目的，我們已在實(shí)驗(yàn)中展示了最多可達(dá) 14 結(jié)的小發(fā)散角AR-VCSEL。盡管理論上結(jié)的數(shù)量沒(méi)有上限，在實(shí)際應(yīng)用中，更多結(jié)數(shù)會(huì)帶來(lái)在高厚度高應(yīng)力外延生長(zhǎng)、高深度開(kāi)口比例的溝槽蝕刻，以及在更高功率下的可靠運(yùn)行等方面的挑戰(zhàn)。

      
4.2光束參數(shù)積 (BPP)
       BPP 的定義是激光光束的發(fā)散角 θ（半角）與光束最窄處半徑 r（光束腰）的乘積。
      
       腰）的乘積。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為其中 M² 表示光束質(zhì)量，λ 是波長(zhǎng)。對(duì)于 M² = 1 的理想高斯光束，BPP 的最小值為 λ/π。當(dāng)θ 較小時(shí)，x和y方向的BPP的乘積與激光的亮度成反比。對(duì)于具有足夠傳感器分辨率的激光雷達(dá)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，空間分辨率極限大約等于準(zhǔn)直后激光束的大小，可表示為
      
       其中，D 是透射鏡頭的直徑，R 是到目標(biāo)的距離。因此，BPP 越小，分辨率越高。對(duì)于相同的光學(xué)器件，BPP 越小，分辨率越高。較小的 BPP 或 M² 允許使用較小的透鏡，便于實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)的距離和更高分辨率。

      
       如圖 3 所示，EEL 的 BPP 在快慢軸之間有所不同。與慢軸相比，快軸的角度大 3 倍至 8 倍，但直徑通常小 10 倍至 1000 倍，因此快軸的 BPP 較小。雖然多結(jié) EEL 能提供更高的單發(fā)射極功率，但隨著結(jié)的數(shù)量從 1 個(gè)增加到 5 個(gè)，快軸的 BPP 會(huì)明顯降低，從而限制了遠(yuǎn)距離的分辨率。

       VCSEL / AR-VCSEL 的圓形孔徑確保了對(duì)稱的 BPP。它們的氧化孔徑（OA）大小決定了光束的半徑。氧化孔徑越大，相同驅(qū)動(dòng)電流密度下輸出光功率也越高，但也會(huì)同時(shí)增加發(fā)散角和 BPP。因此，必須謹(jǐn)慎選擇 OA 大小，以平衡功率和 BPP 要求。盡管多結(jié)有助于提供足夠的功率，但一旦結(jié)的數(shù)量達(dá)到 5 個(gè)或更多，且OA 達(dá)到 20 μm 以上時(shí)，傳統(tǒng) VCSEL 在 BPP 方面就會(huì)遇到困難。與傳統(tǒng) VCSEL 相比，具有出色 BPP 和 M² 的 AR-VCSEL 可實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的距離和更高的分辨率。如圖 3 所示，一個(gè) 6J AR-VCSEL發(fā)光孔在BPP 略優(yōu)于傳統(tǒng)的 5J VCSEL的同時(shí) ，輸出功率可以是后者的五倍。或者在相同功率水平下，6J AR-VCSEL的 BPP 可以做到傳統(tǒng) 5J VCSEL 的四分之一。

       與表 1 的范圍相呼應(yīng)，我們?cè)趫D3中標(biāo)出了實(shí)現(xiàn)30 米、100 米、200 米、300 米和400 米探測(cè)距離對(duì)BPP的 最低要求（假設(shè)空間分辨率要求為10cm，準(zhǔn)直透鏡直徑為 5 厘米）。例如200 米處 10 厘米的空間分辨率對(duì)應(yīng) 0.03°的角度分辨率，需要 6.25 的 BPP。允許最多兩列 40 μm AR-VCSEL發(fā)光孔或多達(dá)六列 20 μm AR-VCSEL 發(fā)光孔，以同時(shí)提供足夠的功率。圖3中右下的區(qū)域，即高功率和低BPP，是長(zhǎng)距離激光雷達(dá)的理想光源，從傳統(tǒng) VCSEL 到 AR-VCSEL，是一步顯著的跨越。

4.3可靠性
       安全第一。為確保激光雷達(dá)在車輛的整個(gè)使用壽命期間可靠運(yùn)行，激光器必須通過(guò)汽車標(biāo)準(zhǔn)可靠性測(cè)試，即 AEC-Q102測(cè)試，其中包括高溫工作壽命(HTOL) 1000 小時(shí)、在 85 °C 和 85% 濕度環(huán)境下 1000 小時(shí)、低溫工作壽命 (LTOL) 500 小時(shí)、通斷電溫度循環(huán)、有害氣體測(cè)試、Dew測(cè)試、ESD 測(cè)試等。在AEC-Q102標(biāo)準(zhǔn)之上 ，激光雷達(dá)制造商通常會(huì)有更高的要求，例如FIT失效率，即在 10 億設(shè)備運(yùn)行小時(shí)內(nèi)預(yù)計(jì)發(fā)生故障的次數(shù)。圖 4 顯示，42 個(gè) AR-VCSEL 陣列芯片全部都通過(guò)了 6000 小時(shí) HTOL 測(cè)試，遠(yuǎn)高于 AEC-Q102 的要求。這相當(dāng)于在客戶的現(xiàn)場(chǎng)使用條件下工作 300 多年，足夠的冗余。除了長(zhǎng)期老化研究外，數(shù)以萬(wàn)計(jì)的 AR-VCSEL 陣列芯片還接受了FIT 研究。我們的測(cè)試表明，在近 30 億個(gè)等效器件小時(shí)的使用過(guò)程中，沒(méi)有出現(xiàn)任何故障。在 90% 的置信度下，F(xiàn)IT 值小于 0.8。雖然未來(lái)激光雷達(dá)對(duì)功率密度的要求更高，可能會(huì)對(duì) AR-VCSEL 的壽命造成一定壓力，但它似乎有足夠的冗余來(lái)應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)。另外，我們?cè)趥鹘y(tǒng)多結(jié)VCSEL 陣列上也實(shí)現(xiàn)了類似的使用壽命。

      
4.4降本
       在短期內(nèi)，我們預(yù)計(jì) 905 nm/940 nm VCSEL 將迅速取代 1550 nm 光纖激光器。MEMS + 905nm EEL 的方案可能會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)會(huì)與 VCSEL 解決方案競(jìng)爭(zhēng)。1550 納米激光器的低成本方案是用基于 InP 的高功率激光器代替光纖激光器，但其成本仍高于基于砷化鎵的EEL和VCESL激光器。在目前的激光雷達(dá)技術(shù)開(kāi)發(fā)中，重點(diǎn)是平衡性能和成本。一旦200-300 米探測(cè)距離得到滿足后，更高分辨率和更遠(yuǎn)探測(cè)距離的帶來(lái)的邊際效益與降低成本相比，就比較有限了。在過(guò)去十年中，激光雷達(dá)的成本從從 10,000 多美元急劇下降到目前的 500 至 1,000 美元。預(yù)計(jì)這一下降趨勢(shì)還將繼續(xù)，未來(lái)有可能達(dá)到100 美元。目前，我們估計(jì)全球激光雷達(dá)的普及率約為乘用車總數(shù)的 0.5%，預(yù)計(jì)隨著激光雷達(dá)的成本接近 100 美元，這一數(shù)字將超過(guò) 10%。VCSEL 因其面積/功率比小、成本效益高和可靠性高而得到廣泛認(rèn)可。與光纖激光器和 EEL 相比，VCSEL 在降低成本方面處于優(yōu)勢(shì)地位。我們預(yù)計(jì)，基于 VCSEL 和 AR-VCSEL 的激光雷達(dá)的成本將有可能與 4D 毫米波雷達(dá)持平。

總結(jié)
       我們認(rèn)為激光雷達(dá)與純視覺(jué)方案將長(zhǎng)期并存，相互補(bǔ)充。但是對(duì)于 ADAS L3 及以上級(jí)別而言，激光雷達(dá)顯的越來(lái)越有必要。由于激光雷達(dá)在物體定位方面具有極高的精確度，而且受環(huán)境光的影響小。隨著 ADAS L3 消費(fèi)型車輛的發(fā)展速度加快，汽車制造商正越來(lái)越多地采用激光雷達(dá)技術(shù)。同時(shí)，激光芯片制造商也不斷的致力于高可靠性，高功率密度、高能量轉(zhuǎn)換效率和高光束質(zhì)量的低成本解決方案。雖然長(zhǎng)距離激光雷達(dá)最初使用 1550 nm 高功率光纖激光器和 905 nm EEL 解決方案，但這些解決方案逐漸面臨制造成本方面的挑戰(zhàn)。而在智能手機(jī)和消費(fèi)電子市場(chǎng)經(jīng)過(guò)大量量產(chǎn)以成本效益著稱的VCSEL逐漸占據(jù)舞臺(tái)中心。多結(jié)技術(shù)和 AR-VCSEL 技術(shù)解決了 VCSEL 的局限性，提供更高的功率密度、更優(yōu)越的光束質(zhì)量和更高的亮度，解決了 VCSEL 在功率和亮度上的不足，加上面發(fā)射陣列的靈活排布和可尋址功能在混合固態(tài)和全固態(tài)解決方案中大放異彩， VCSEL如今幾乎可以覆蓋激光雷達(dá)應(yīng)用的所有場(chǎng)景，成為汽車激光雷達(dá)光源的最有力競(jìng)爭(zhēng)者。