激光雷達行業(yè)專(zhuān)題報告：百花齊放到量產(chǎn)落地

1、 技術(shù)路線(xiàn)百花齊放，排列組合優(yōu)中選優(yōu)

激光雷達存在諸多架構形態(tài)，各種技術(shù)路線(xiàn)排列組合形成化學(xué)反應，產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展， 產(chǎn)品百花齊放。當前自動(dòng)駕駛趨勢明確，激光雷達憑借自身測距遠、分辨率高、受環(huán) 境干擾小等優(yōu)勢，已經(jīng)成為攝像頭、毫米波雷達等探測方式的重要補充，是諸多主機 廠(chǎng)邁向自動(dòng)駕駛的必須品，產(chǎn)品從概念快速跨越至量產(chǎn)。作為汽車(chē)電子行業(yè)的新生 事物，無(wú)論技術(shù)路線(xiàn)，行業(yè)玩家均處于早期狀態(tài)，產(chǎn)業(yè)孕育著(zhù)眾多機會(huì )和無(wú)限可能。 激光雷達通過(guò)發(fā)出激光并接收反射信號來(lái)實(shí)現對前方物體的探測，在測距方式、激 光波長(cháng)、收發(fā)元器件、光束掃描等每個(gè)部分均存在多重技術(shù)方案，通過(guò)不同的技術(shù)方 案的組合，衍生出諸多產(chǎn)品形態(tài)，產(chǎn)業(yè)百花齊放，百家爭鳴。我們希望通過(guò)對技術(shù)方 案的研究，研判產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，給未來(lái)的投資提供幫助。

1.1、 測距原理：TOF 主流，FMCW 潛力大

測距方式通常分為兩類(lèi)，TOF（Time of flight，飛行時(shí)間測距法）采用直接測量， FMCW（Frequency Modulated Continuous Wave，調頻連續波技術(shù)）通過(guò)相干測量。 激光雷達測距方式可分為 TOF 和 FMCW 兩類(lèi)，TOF 通過(guò)直接測量發(fā)射激光與回波 信號的時(shí)間差，結合光在空氣中的傳播速度得到目標物體的距離信息。FMCW 首先 對激光光源進(jìn)行調制（調頻/調幅/調相），將激光器發(fā)出的激光分為兩束，一束作為本 振光，另一束照射到物體上返回后與本振光混頻干涉后形成一束新的激光信號，通 過(guò)對該信號的測量和一系列的計算可反推出頻率差進(jìn)而實(shí)現測距，同時(shí)基于光的波 長(cháng)變化（多普勒效應）可以測算出物體的徑向速度。

TOF 簡(jiǎn)單可靠，技術(shù)成熟易于實(shí)現，FMCW 性能優(yōu)前景好但短期技術(shù)存在瓶頸難 以量產(chǎn)上車(chē)。TOF 測距原理簡(jiǎn)單，可靠耐用，免去分析光波頻率差異的環(huán)節，響應 速度快，在工業(yè)、消費電子、通信、軍工等領(lǐng)域早已廣泛應用。尤其在消費電子領(lǐng)域， 華為、LG、Vivo、三星以及蘋(píng)果均在產(chǎn)品中廣泛應用 TOF 傳感器以實(shí)現距離信息的 探測，目前，TOF 技術(shù)和產(chǎn)業(yè)仍然不斷演進(jìn)，在激光雷達領(lǐng)域，TOF 仍然是主流的 測距方案。FMCW 測距性能優(yōu)異，曾被美國宇航局用于幫助飛行器在月球的黑暗面 自動(dòng)著(zhù)陸，這種方案優(yōu)勢明顯：

（1）信噪比高，測量精度和距離遠超 TOF。該方案 中本振光只會(huì )與返回的探測信號產(chǎn)生干涉，相當于只接收該頻率的回波信息，幾乎 不會(huì )受到外界其他頻率光線(xiàn)干擾，信噪比極高，甚至在直接面向陽(yáng)光時(shí)仍能保持良 好的探測效果；

（2）抗干擾能力強。FMCW 方式下每個(gè)激光雷達有自己的編碼，即 使未來(lái)激光雷達數量激增，也不會(huì )出現互相之間信號串擾問(wèn)題；ToF 激光雷達目前主 要依靠脈沖編碼來(lái)解決干擾問(wèn)題，需要在一定時(shí)間內對脈沖進(jìn)行采樣，一定程度上 會(huì )影響探測速度同時(shí)增加算法負擔；

（3）發(fā)射功率進(jìn)一步降低，節能并減小對人眼 的傷害。根據激光雷雷達公司 SiLC 數據，FMCW 激光雷達發(fā)射平均功率可以比脈 沖 TOF 激光雷達低 1000 倍以上；

（4）更容易芯片化。FMCW 的低功率運行也可以 更容易做到芯片化，將硅基光電子技術(shù)和 FMCW 結合可大幅降低生產(chǎn)調試和裝配難 度，提升系統的性能、一致性、可靠性并降低成本；

（5）FMCW 可呈現速度信息。 助力自動(dòng)駕駛算法實(shí)現更好的決策。整體而言，FMCW 技術(shù)其實(shí)在毫米波雷達、光 通信領(lǐng)域應用廣泛，但激光雷達場(chǎng)景下對性能提出了更高要求。FMCW 的問(wèn)題顯著(zhù)： 技術(shù)瓶頸限制上車(chē)。在激光器、調制器、接收器等的材料、設計、工藝上，以及硅光 芯片的設計和制備上都需要進(jìn)一步研究和突破。具體而言，

（1）發(fā)射端激光器和調制 器研發(fā)難度高，可線(xiàn)性調頻的窄線(xiàn)寬（線(xiàn)寬可理解為激光色彩的純度）激光是實(shí)現 FMCW 激光雷達相干檢測的基礎，調頻過(guò)程中要求激光具有良好的線(xiàn)性度以及較低 的功率起伏，這對激光器和調制器提出了極高要求。據洛微科技描述，FMCW 激光 雷達發(fā)出的激光線(xiàn)寬通常在百萬(wàn)分之一納米級別，而發(fā)出激光的功率也應達到一定 的標準以保證探測效果。此外芯片化的調制器、激光器涉及硅光子工藝，目前尚不成 熟，而采用分立器件集成又存在成本、性能等諸多問(wèn)題的困擾。

（2）接收端亦需要進(jìn) 行工藝的優(yōu)化和改良。整體而言，技術(shù)瓶頸是限制 FMCW 快速推廣的主要原因。

產(chǎn)業(yè)持續探索，上車(chē)曙光初現，技術(shù)和產(chǎn)品進(jìn)展值得關(guān)注。產(chǎn)業(yè)對 TOF 和 FMCW 技 術(shù)路線(xiàn)仍然不斷探索，TOF 領(lǐng)域在發(fā)射、接收端的產(chǎn)品性能不斷精進(jìn)以提升探測效 果。FMCW 領(lǐng)域盡管困難重重，仍然不斷有產(chǎn)業(yè)公司以及投資人前赴后繼投入 FMCW 技術(shù)路線(xiàn)。龍頭公司如英特爾、Aurora、通用 Cruise、光學(xué)巨頭蔡司等在 2017 年甚至更早就開(kāi)始布局該領(lǐng)域，并持續加碼。而縱觀(guān)市場(chǎng)上的玩家，選擇該路線(xiàn)的公 司創(chuàng )始人通常具有很強的技術(shù)背景，多數來(lái)自巨頭科技公司、通信巨頭或學(xué)術(shù)界轉 型，凸顯行業(yè)較高的技術(shù)門(mén)檻。

目前，Aeva 已經(jīng)能夠將激光發(fā)射/接收/光學(xué)元器件等 整合到硅光芯片模組中，形成 FMCW 激光雷達引擎，2022 年 2 月公司推出全球首個(gè) 4D 激光雷達 Aeries II，具有相機級分辨率、超遠距離、高可靠性、4D 定位、高集成 性的優(yōu)勢，量產(chǎn)級別產(chǎn)品預計在 2023 年年末實(shí)現。除 Aeva 外，海外公司如 Mobileye、 Aurora、通用、Analog Photonics、Voyant Photonics、Baraja、Scantinel Photonics、SiLC Technologies 等亦摩拳擦掌，國內主要有洛微科技、光勺科技、擎感光子等也在積極 布局。產(chǎn)業(yè)進(jìn)展值得被緊密關(guān)注，如果 FMCW 具備可行的量產(chǎn)條件，有望呈現出較 好的發(fā)展勢頭。

1.2、 掃描方式：技術(shù)路線(xiàn)繁多，產(chǎn)業(yè)百花齊放，遠期有望逐步收斂

產(chǎn)業(yè)百花齊放，遠期有望逐步收斂。光束掃描方式按照轉動(dòng)部件的多少，分為機械 式、半固態(tài)和純固態(tài)，具體來(lái)看目前已經(jīng)大致形成機械式、半固態(tài)的轉鏡、MEMS、 固態(tài)的 OPA、Flash 五大類(lèi)。此外還有一些其他的小眾方式如光譜掃描、微動(dòng)技術(shù)等 亦在持續演進(jìn)。在車(chē)規級、性能更優(yōu)、體積更小、成本更低的目標下，機械式基本退 出乘用車(chē)前裝市場(chǎng)，其余技術(shù)路線(xiàn)終局尚難確定，未來(lái)隨著(zhù)供應鏈逐漸搭建和完善 以及產(chǎn)品出貨量的提升，生產(chǎn)成本將逐步降低，技術(shù)路線(xiàn)也將逐步收斂。

1.2.1、 機械式：性能優(yōu)異，但難以滿(mǎn)足車(chē)規要求

機械式激光雷達性能優(yōu)秀，但價(jià)格、生產(chǎn)效率、過(guò)車(chē)規上存在困難，目前基本退出 前裝量產(chǎn)市場(chǎng)。通過(guò)電機帶動(dòng)光機結構整體旋轉進(jìn)而實(shí)現對空間水平 360°視場(chǎng)范圍 的掃描，測距能力在水平范圍內保持一致。該方式是傳統激光雷達主要采用的技術(shù) 路線(xiàn)，在 Robotaxi、低速 AGV 小車(chē)上被廣泛應用。

機械式掃描的優(yōu)勢在于：（1）點(diǎn) 云的質(zhì)量較高，便于算法處理；（2）信噪比高，可實(shí)現 360 遠距離探測；（3）供應鏈 和技術(shù)成熟。但機械式通過(guò)疊加激光發(fā)射器和接收器來(lái)實(shí)現多線(xiàn)掃描，需要將發(fā)射 和接收模塊進(jìn)行精密光學(xué)對準裝配，在主流雷達已經(jīng)提升至 128 線(xiàn)甚至 256 線(xiàn)的情 況下，成本高，生產(chǎn)效率低，據九章智駕的采訪(fǎng)，行業(yè)鼻祖 Velodyne64 線(xiàn)產(chǎn)品售價(jià) 高達 8 萬(wàn)美元，交貨周期超過(guò) 2 個(gè)月，一個(gè)工程師花費一周的時(shí)間僅能組裝兩臺。 此外快速旋轉的機械部件壽命在數千小時(shí)，難以滿(mǎn)足車(chē)規級要求，因此基本被排除 在乘用車(chē)前裝量產(chǎn)市場(chǎng)之外。行業(yè)中 Velodyne、禾賽科技、法雷奧等老牌激光雷達廠(chǎng) 商的初期產(chǎn)品均采用此方式，但在面向前裝量產(chǎn)市場(chǎng)時(shí)紛紛轉向其他技術(shù)路線(xiàn)。

1.2.2、 轉鏡式：性能尚可，已經(jīng)率先量產(chǎn)上車(chē)

轉鏡方案是目前已經(jīng)實(shí)現前裝量產(chǎn)上車(chē)的技術(shù)方案，在性能和穩定性上具備優(yōu)勢。 相比機械式的整體旋轉，轉鏡方式使收發(fā)模組固定，只轉動(dòng)反射鏡以及棱鏡進(jìn)而實(shí) 現光束的掃描。根據激光光斑形狀的不同，轉鏡模式也可分為一維轉鏡和二維轉鏡， 如果采用點(diǎn)光斑則需要進(jìn)行二維掃描，通常通過(guò)兩塊轉鏡實(shí)現，廠(chǎng)商如 Luminar、圖 達通等采用該路線(xiàn)。而線(xiàn)光斑可通過(guò)一維掃描實(shí)現探測，搭配一塊轉鏡即可，轉動(dòng)模 塊進(jìn)一步精簡(jiǎn)，目前華為、禾賽科技、法雷奧等公司采用該種技術(shù)路線(xiàn)。轉鏡方案的 優(yōu)勢在于結構更緊湊，穩定性高，功耗低，安裝難度相比機械式顯著(zhù)減小。

早在 2017年 Ibeo 和法雷奧開(kāi)發(fā)的基于轉鏡架構的 4 線(xiàn)激光雷達 Scala1 即實(shí)現量產(chǎn)，成為首 個(gè)車(chē)規級激光雷達。然而轉鏡式激光雷達在運行中要求光學(xué)轉鏡實(shí)現連續高速旋轉， 對于電機、軸承、轉鏡的配重等提出了較高的要求（電機的穩定性、可靠性、壽命、 磨損）。同時(shí)由于仍然存在較大的機械轉動(dòng)部件，掃描頻率上限偏低，對惡劣環(huán)境的 承受能力以及耐久性有限，也無(wú)法通過(guò)半導體工藝大批量出貨實(shí)現降本。因此我們 認為轉鏡路線(xiàn)是激光雷達上車(chē)的“功臣”，仍將在相當長(cháng)的時(shí)間內成為主要的技術(shù)路 線(xiàn)，但最終將被固態(tài)激光雷達所替代。

1.2.3、 MEMS：性能不俗，即將量產(chǎn)上車(chē)

MEMS 方案具備優(yōu)良的性能，是另外一種目前主機廠(chǎng)眾多新車(chē)型所采用的技術(shù)路線(xiàn)。 MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）激光雷達采用高頻震動(dòng)的 MEMS 微振鏡 結構反射激光實(shí)現激光光束的偏轉。該模塊將光束掃描所需的微型反射鏡、MEMS 驅 動(dòng)器、MEMS 傳感器進(jìn)行集成于微小的 MEMS 振鏡模塊，優(yōu)勢顯而易見(jiàn)，運動(dòng)部件 少可靠性提升、體積小、掃描頻率快，同時(shí) MEMS 模塊可采用半導體工藝規?；?產(chǎn)進(jìn)而降低成本。而 MEMS 模式的問(wèn)題也比較明顯，硅基 MEMS 懸臂梁振鏡結構 非常脆弱，在耐久性、抗沖擊上存在不足，容易失效。

同時(shí)由于 MEMS 振鏡轉角有 限，限制了激光雷達的視場(chǎng)角，需要激光雷達廠(chǎng)商采用光源擴束、多個(gè)激光器拼接、 甚至采用多個(gè) MEMS 振鏡等特殊的結構來(lái)擴大 FOV，產(chǎn)品的結構和光路設計、安裝 調試具有一定的難度。目前，市場(chǎng)上 Innoviz、Aeye、速騰聚創(chuàng )、一徑科技等公司是 該種技術(shù)路線(xiàn)的代表，華為、禾賽科技等公司也在儲備相關(guān)技術(shù)。

MEMS 方案同軸和非同軸（離軸）部署特點(diǎn)不同，廠(chǎng)家根據自身需求個(gè)性化考量。 按照收發(fā)光路來(lái)區分，MEMS 激光雷達可以分為同軸和非同軸兩類(lèi)，同軸方案具有 相同的輸入輸出光路，收發(fā)模塊集成于一處，發(fā)出的激光觸達被測物體后返回并再 次通過(guò) MEMS 振鏡被探測器接收，優(yōu)點(diǎn)在于只接收沿著(zhù)原光路返回的光信號，因而 有較好的日光抑制性，信噪比高；同時(shí)接收器采用單顆 APD 即可，成本可控；如果 采用多個(gè)激光收發(fā)模組拼接，不同模組之間相對獨立，可以同時(shí)進(jìn)行掃描互不干擾。 德國激光雷達公司 Blickfeld、Innoviz 等眾多公司均采用該種技術(shù)路線(xiàn)。

但同軸方案 中由于微振鏡口徑大小直接決定接收器能收到多少反射回來(lái)的激光能量進(jìn)而影響探 測效果，所以通常盡可能的將微振鏡尺寸做大，而大尺寸的 MEMS 振鏡在穩定性、 抗沖擊性、震動(dòng)頻率以及成本上表現不佳，除此之外，同軸方案需要精密光學(xué)對準， 工藝、成本和生產(chǎn)效率也面臨挑戰。非同軸方案即收發(fā)模塊分開(kāi)部署，返回的激光 不經(jīng)過(guò) MEMS 振鏡直接進(jìn)入到探測器中，可采用小尺寸 MEMS 振鏡，同時(shí)光學(xué)對 準調試的要求相對較低。如激光雷達廠(chǎng)商 Aeye 采用該種部署方式，將振鏡尺寸降低 到 1mm 以下，穩定性大幅提升。但該方案會(huì )面臨外部環(huán)境的光干擾，通常需要陣列 化的 APD 或者 SPAD 來(lái)實(shí)現好的探測效果，定制化的接收芯片對技術(shù)要求高，同時(shí) 也可能會(huì )產(chǎn)生較高的成本。

MEMS 振鏡是核心部件，電磁和靜電驅動(dòng)、一維和二維掃描各有優(yōu)勢。MEMS 掃描 方案中，MEMS 振鏡無(wú)疑是核心，通過(guò)小尺寸的懸臂梁結構，使反射鏡懸浮在前后 左右各一對扭桿之間，并以一定的頻率振蕩從而實(shí)現光束掃描。對激光雷達廠(chǎng)商來(lái) 說(shuō)，振鏡的尺寸、擺角、以及掃描頻率、穩定性以及成本都是需要考量的重要指標。

（1）從驅動(dòng)方式來(lái)看，MEMS 振鏡可分為電磁、靜電、熱以及壓電幾類(lèi)。其中電熱驅動(dòng)響應較慢，壓電驅動(dòng)對溫度敏感，均不適合用于激光雷達。電磁驅動(dòng)和靜電驅動(dòng) 目前是市場(chǎng)上主流的驅動(dòng)方式，其中電磁驅動(dòng)具有較大的驅動(dòng)力和驅動(dòng)位移，由于 需要制作外圍線(xiàn)圈，通常尺寸較大，便于提高激光雷達性能，但在嚴苛環(huán)境下可靠性 風(fēng)險也會(huì )增加，同時(shí)對溫度比較敏感。靜電驅動(dòng)則利用帶電導體之間的靜電作用實(shí) 現驅動(dòng)，功耗低、速度快、兼容性好，但擺角較小。

（2）從掃描維度來(lái)看，與轉鏡相 同，MEMS 振鏡也區分為一維和二維掃描，一維掃描相比二維少了一個(gè)自由度，微 振鏡的各類(lèi)性能指標均有明顯提升。觀(guān)察知微傳感官網(wǎng)列示的產(chǎn)品，一維轉鏡產(chǎn)品 的掃描角度通?？梢赃_到 60°，鏡面直徑可以達到 3mm，而二維轉鏡產(chǎn)品的掃描角 度僅為快軸 30°，慢軸 24°，且鏡面直徑為 1mm，當然考慮到線(xiàn)光斑自身的形態(tài)， 要滿(mǎn)足一維掃描要求，MEMS 振鏡的尺寸通常也需要做到更大。無(wú)論電磁、靜電、 一維、二維，技術(shù)路線(xiàn)沒(méi)有絕對的優(yōu)劣，激光雷達廠(chǎng)商通常會(huì )根據零部件的特性設計 自己的光源數量和光路結構實(shí)現揚長(cháng)避短。

MEMS 供應商海外領(lǐng)先，本土不遑多讓?zhuān)夹g(shù)不斷精進(jìn)助力 MEMS 方案快速上車(chē)。 MEMS 振鏡的性能通常會(huì )決定 MEMS 激光雷達的性能，因此振鏡的技術(shù)指標尤為重 要，在這一領(lǐng)域，國內供應商已經(jīng)逐步趕上海外，產(chǎn)業(yè)形成合力不斷向前推進(jìn)。海外公司如濱松、Microvision（被微軟收購）、Lemoptix（被英特爾收購）、以色列 Maradin、 美國 Mirrorcle 等，布局早，工藝領(lǐng)先。產(chǎn)品方面，Mirrorcle 公司采用鍵合的方法， 分別加工驅動(dòng)器和鏡面再進(jìn)行組裝，可以生產(chǎn)半徑 7.5mm 的 MEMS 微振鏡鏡面，定制化開(kāi)發(fā)模式下甚至能生產(chǎn) 9mm 半徑的鏡面產(chǎn)品。

國內廠(chǎng)商近年亦發(fā)展迅速，速騰 聚創(chuàng )投資的蘇州希景科技，在 2018 年量產(chǎn)直徑達到 5mm 的 MEMS 振鏡，采用電磁驅動(dòng)，快軸/慢軸分別實(shí)現 30°/20°的光學(xué)轉角，業(yè)內領(lǐng)先，有力協(xié)助速騰MEMS產(chǎn)品的發(fā)展。蘇州知微感、無(wú)錫微奧等亦逐步開(kāi)發(fā)性能優(yōu)異的產(chǎn)品。此外由于 MEMS 振鏡的性能指標和激光雷達本身的設計高度關(guān)聯(lián)，同時(shí)價(jià)格昂貴，眾多廠(chǎng)商開(kāi)始自 研或者尋找供應商并形成相對緊密的關(guān)系來(lái)保障供應鏈，強化自身壁壘，降低成本。 這其中 Innoviz、Blickfeld、禾賽科技、嶺緯科技均自研布局 MEMS 微振鏡，速騰聚 創(chuàng )則投資設立了蘇州希景微機電，該公司依托蘇州納米所的研發(fā)優(yōu)勢，產(chǎn)品性能逐步超越對手。亦有公司通過(guò)外部采購第三方 MEMS 振鏡為自己產(chǎn)品所用。（報告來(lái)源：未來(lái)智庫）

1.2.4、 OPA：性能優(yōu)穩定性好降本空間大，但技術(shù)壁壘高難以量產(chǎn)

OPA 掃描方式性能優(yōu)異，易與 FMCW 結合，產(chǎn)業(yè)和學(xué)術(shù)界積極探索，但量產(chǎn)仍有難度。OPA（Optical Phased Array，光學(xué)相控陣）掃描方式運用光的相干原理，采用 多個(gè)光源組成陣列，每個(gè)光源相當于多縫干涉中的狹縫，利用光的干涉形成類(lèi)似棱 鏡的折射效果，通過(guò)實(shí)時(shí)調節陣列中每個(gè)單元之間相位差即可控制激光光束的方向 實(shí)現掃描。實(shí)現光學(xué)相控陣的方法有很多，目前以硅基光子集成技術(shù)為主。該方案通 常將激光直接輸入至光波導芯片，經(jīng)過(guò)分光器構成的功分網(wǎng)絡(luò )將光束分散到各個(gè)移 相器中，利用介質(zhì)材料的熱光/電光（載流子色散）效應對經(jīng)過(guò)每個(gè)移相器的光進(jìn)行調制，再傳導至波導光柵形成的天線(xiàn)陣列對外發(fā)射。

目前，眾多研究機構和公司如加 州大學(xué)、MIT、英特爾、根特大學(xué)、哥倫比亞大學(xué)、中科院半導體研究所、西安光機所、Analog Photonics、Voyant Photonics 等均展開(kāi)深度研究并取得一定成果。而 OPA 硅光在技術(shù)上與 FMCW 具有非常好的共通性，可進(jìn)行進(jìn)一步集成。在 2019 年麻省 理工學(xué)院和加州大學(xué)伯克利分校的一項研究中，采用特殊工藝將硅基 OPA 芯片、相 干檢測模塊以及 CMOS 驅動(dòng)電路進(jìn)行了晶圓級集成，大大減小了激光雷達的體積， 這一方案也被眾多激光雷達廠(chǎng)商采用。

光學(xué)相控陣掃描方式通常被認為是激光雷達終極目標。該種方案優(yōu)勢顯著(zhù)：（1）純固態(tài)，體積小，易過(guò)車(chē)規，去掉了所有的機械掃描部件甚至光學(xué)元器件；（2）標定簡(jiǎn) 單，安裝校準成本幾乎可以忽略不計；（3）掃描頻率高，一般可達到 MHz 甚至 GHz 的掃描頻率；（4）掃描精度高，可以達到千分之一度量級以上；（5）探測靈活，目前對感興趣的目標區域可以進(jìn)行高密度掃描，安全性提高，節約算力；（6）降本潛力大， 可以采用半導體工藝規?；a(chǎn)，同時(shí)結合硅光技術(shù)可以很容易和芯片化的收發(fā)部件結合，替代復雜的光路、透鏡、收發(fā)模組等，進(jìn)一步降低成本。除此之外，據國科光芯董事長(cháng)劉靜偉表述，利用通信領(lǐng)域的多波段分束/合束技術(shù)，OPA 方式還可實(shí)現多波段同時(shí)掃描，進(jìn)一步提升點(diǎn)云密度和探測效果。

優(yōu)點(diǎn)之外，該方案的挑戰也較為明顯：

（1）光學(xué)損耗：由于光在從外部光纖/激光器進(jìn)入到光芯片、在光芯片中傳輸、以及 照射到光柵上扭轉方向垂直向外發(fā)射的過(guò)程中都會(huì )產(chǎn)生較大的損耗。損失掉的光會(huì ) 轉化成熱，容易燒損精密的光柵結構。做大光柵天線(xiàn)陣列的過(guò)程中，芯片中的總線(xiàn)光 波導能承受的功率亦經(jīng)受考驗，對光芯片材料的選擇和結構的設計提出了更高的要 求，目前部分方案采用硅基-氮化硅結合的方式提升芯片的發(fā)射功率；

（2）視場(chǎng)角（旁瓣干擾）：相控陣芯片發(fā)射的光束經(jīng)過(guò)互相干涉后除形成主方向的探 測光束（主瓣）之外，還會(huì )形成其他方向的光束（旁瓣），通常情況下，使用 OPA 芯 片探測過(guò)程中會(huì )將旁瓣遮擋來(lái)保證主瓣不受干擾，因此主瓣和旁瓣之間的角度也決 定了該 OPA 激光雷達的視場(chǎng)角。而光學(xué)相控陣中的天線(xiàn)陣列（小光源）的密度越高， 旁瓣和主瓣之間的夾角越大，意味著(zhù)激光雷達的視場(chǎng)角也越大。但天線(xiàn)陣列的密集 分布將伴隨著(zhù)信號串擾、散熱、以及移相器的布置等問(wèn)題，考驗開(kāi)發(fā)者的設計和工藝 制造能力；

（3）工藝和集成：硅光芯片技術(shù)可以和 CMOS 工藝完全兼容，但仍然需要一些特色 工藝的開(kāi)發(fā)，難度高于傳統 CMOS 工藝。而如果想激光器芯片要將電信號轉化為光 信號產(chǎn)生激光，和傳輸光子的光波導通常采用不同的材料。以常見(jiàn)的硅光芯片為例， 如何將三五族材料制作的激光器通過(guò)混合集成（采用倒裝焊等方式直接放置或者晶 圓鍵合等方式將預先制作好的三五族半導體激光器與硅基片集成封裝）或單片集成 （直接在硅基片上生長(cháng)三五族材料激光器）的方式集成到硅基片，抑或采用分立的 激光器和光芯片耦合到一起，并保證激光的模場(chǎng)、熱場(chǎng)、折射率匹配都具有較高的難度。

目前激光雷達玩家中，LightIC、Quanergy、Analog Photonics、Voyant Photonics、Scantinel Photonics 等均致力于 OPA 路線(xiàn)的開(kāi)發(fā)，國內的洛微科技、力策科技、國科光芯、相 點(diǎn)科技等公司亦在不斷突破。但也應看到，曾經(jīng)被認為是激光雷達之光的 Quanergy， 獲得眾多投資者和下游客戶(hù)的追捧，至今產(chǎn)品仍然難以達到規?；慨a(chǎn)并達到客戶(hù) 需求。我們認為 FMCW+OPA 或許是激光雷達的終點(diǎn)，但到達終點(diǎn)仍需假以時(shí)日。

1.2.5、 Flash：簡(jiǎn)單耐用純固態(tài)，改良方案不斷涌現，探測距離仍待提升

Flash 激光雷達簡(jiǎn)單易用，但探測距離限制下適合用于補盲。Flash 路線(xiàn)類(lèi)似于照相 機，在特定時(shí)間發(fā)射出覆蓋整片探測區域的激光，通過(guò)面陣化的接收器完成對周?chē)?深度圖像的繪制。該技術(shù)路線(xiàn)消除了所有運動(dòng)部件，容易過(guò)車(chē)規，且可以采用芯片級 工藝，成本相對較低，此外掃描速度快。缺點(diǎn)在于面光源能量分散，視場(chǎng)角和探測距 離此消彼長(cháng)，難以實(shí)現遠距離探測。大陸集團在 2016 年收購激光雷達廠(chǎng)商 ASC 后 發(fā)布了全球首款 3D Flash 激光雷達 HFL110，現已量產(chǎn)上車(chē)。由于 Flash 激光雷達探 測距離有限，難以滿(mǎn)足遠距離探測的要求，通常在補盲場(chǎng)景下使用。

Flash 技術(shù)不斷改進(jìn)，探測距離有望逐步提升。除去大陸等廠(chǎng)商外，另外一類(lèi) Flash 路線(xiàn)廠(chǎng)商如 OUSTER、OPSYS、IBEO 等公司采用逐點(diǎn)/逐行掃描 VCSEL+SPAD 陣列 實(shí)現 Flash 方式探測，并通過(guò)控制光束形狀或激光發(fā)射陣列的開(kāi)關(guān)方式等改進(jìn)，來(lái)提 升 VCSEL 的發(fā)射功率，同時(shí)配以其他技術(shù)提升探測距離。如以色列激光雷達公司 Opsys Tech 推出 Micro-Flash 技術(shù)，采用可尋址的 VCSEL 陣列，讓 VCSEL 以極高 的頻率逐個(gè)發(fā)光，每個(gè)發(fā)光點(diǎn)發(fā)射的激光經(jīng)過(guò)一系列透鏡后返回照亮特定的 SPAD 陣 列像素，通過(guò) TOF 方式感知距離，進(jìn)而實(shí)現類(lèi)似掃描的探測效果。

據 OPSYS 公司 官網(wǎng)顯示，目前的產(chǎn)品 SP2.5 可在 10%反射率的情況下實(shí)現 150 米的探測距離，分 辨率達到 0.1°*0.1°。模組形式由兩個(gè) VCSEL+一個(gè) SPAD 組成，成本低，靈活度 高，可以以任意方式進(jìn)一步組合形成豐富的解決方案。目前公司已經(jīng)和韓國 SL 簽約 供貨協(xié)議，并在 2022 年 2 月和華域汽車(chē)達成合作協(xié)議推進(jìn)激光雷達技術(shù)合作。國內奧比中光控股子公司奧瑞達也采用了類(lèi)似的方案，采用多節可尋址 VCSEL 和 SPAD 實(shí)現低激光功率下的遠距離探測。

1.2.6、 其他方案：各類(lèi)路線(xiàn)天馬行空，不乏或頭部客戶(hù)青睞產(chǎn)品

事實(shí)上除了以上五種常見(jiàn)的掃描方式之外，玩家們進(jìn)行了諸多探索，推出了各類(lèi)天 馬行空的技術(shù)路徑，其中不乏接近量產(chǎn)的方案。

Micro-motion（MMT，微動(dòng)技術(shù)）：由 Cepton（賽瞳科技）提出并使用，該方案將接 收端和發(fā)射端連接，并保持光學(xué)共軛，通過(guò)電磁控制收發(fā)模塊震動(dòng)，類(lèi)似車(chē)內喇叭震 動(dòng)的方式，實(shí)現光束掃描。該方案沒(méi)有摩擦、可靠度高、可實(shí)現大視場(chǎng)角掃描、功率 低、成本相對可控、體積小，具有較為明顯的優(yōu)勢。目前 Cepton 已經(jīng)獲得了通用汽 車(chē)下一代自動(dòng)駕駛輔助系統——Ultra Cruise（超級巡航）的訂單，通用汽車(chē)的 Ultra Cruise 計劃從 2023 年開(kāi)始部署，目標覆蓋 95%以上的駕駛場(chǎng)景。此外公司還和日本 小糸車(chē)燈合作，將把激光雷達集成到大燈中。

光譜掃描技術(shù)（Spectrum-Scan）：由澳大利亞激光雷達公司 Baraja 推出，利用不同 波長(cháng)的光在介質(zhì)中折射率的不同，在紅外波段快速切換光的波長(cháng)實(shí)現掃描效果。該 方案沒(méi)有運動(dòng)部件，成本低廉，更容易適應惡劣的環(huán)境。此外公司還采用了隨機調制 連續波（RMCW，類(lèi)似 FMCW）方式測距，計劃 2022 年推出樣品，2023 年實(shí)現量 產(chǎn)的激光雷達產(chǎn)品 Spectrum HD 可在 10%反射率下實(shí)現 230 米以上探測距離。2021 年公司和維寧兒達成合作協(xié)議，維寧兒將開(kāi)發(fā)、銷(xiāo)售和集成 Baraja 的雷達產(chǎn)品來(lái)服 務(wù)于其汽車(chē)市場(chǎng)客戶(hù)。不過(guò)該方案中的多光譜激光器加工難度大成本高，且想實(shí)現 大范圍視場(chǎng)角具有一定難度。而公司的 CEO 和 CTO 均曾經(jīng)在全球光通信巨頭 Finisar 負責開(kāi)發(fā)多色激光器（用于通信領(lǐng)域波分復用等場(chǎng)景），具有較強的技術(shù)背景。

1.3、 激光發(fā)射：EEL 憑借高功率密度目前占據主流市場(chǎng)地位

激光發(fā)射器影響激光雷達產(chǎn)品的核心性能。激光器的原理是增益介質(zhì)（工作物質(zhì)）通 過(guò)吸收激勵源（泵浦源）的能量而產(chǎn)生光子，通過(guò)光學(xué)諧振腔的放大形成激光光束。 增益介質(zhì)和光學(xué)諧振腔共同決定了所發(fā)出激光的波長(cháng)。對于激光雷達激光器而言， 性能上希望激光器實(shí)現較高的發(fā)射功率密度、較低的溫升、較小的溫漂系數、以及 較高的光束質(zhì)量等指標，成本上希望本身激光器的加工以及后續的配套都能實(shí)現低 成本化。

（1）功率密度：功率密度決定同樣尺寸的器件能發(fā)出多強的激光。目前供應商均致力于通過(guò)多節方案，即將半導體激光器內的多個(gè)有源區通過(guò)隧道結串聯(lián)起來(lái)，來(lái)成 倍提升功率，同時(shí)大幅提高器件發(fā)光效率。 

（2）溫漂系數：半導體均存在一定的光熱效應，不同溫度下，激光器發(fā)出激光的波 長(cháng)會(huì )有微小的漂移，漂移的幅度被稱(chēng)為溫漂系數。實(shí)際應用中，激光雷達前端的濾波 片亦需要將這部分“漂移”的波長(cháng)范圍考慮在內，被迫提升濾波寬度，影響激光雷達 的信噪比。因此激光器廠(chǎng)商們亦致力于通過(guò)各種方式降低激光器的溫漂系數。

（3）光束質(zhì)量：即光斑的形狀和能量分布，最好是規整圓形以方便測距使用。 

（4）光譜寬度：又稱(chēng)為激光線(xiàn)寬，即激光的色彩純度。激光雷達接收端會(huì )用濾波片 將其他波長(cháng)的光過(guò)濾掉，探測激光的線(xiàn)寬越窄意味著(zhù)抗干擾性越強，信噪比越高。 

（5）生產(chǎn)成本：希望結構簡(jiǎn)單成本低，同時(shí)集成容易可批量化生產(chǎn)。

EEL 是目前主流，VCSEL、光纖激光器份額有望提升。目前，激光雷達的激光發(fā)射 器通常有三種形式：半導體邊發(fā)射激光器（EEL）、半導體垂直腔面發(fā)射激光器 （VCSEL）、光纖激光器。通常 905nm 波長(cháng)激光可選擇半導體激光器。這其中，EEL 激光器憑借其成熟的產(chǎn)品和供應鏈體系，極高的功率密度，成為目前主流的激光器 形式。半導體激光器中 VCSEL 除功率密度較 EEL 低外在線(xiàn)寬、溫漂系數、光束形 狀等指標上均優(yōu)于 EEL，未來(lái)有望逐步實(shí)現對 EEL 的替代。成本上，生產(chǎn)成本方面， EEL 激光器由于激光從側面發(fā)射，使用過(guò)程中需要進(jìn)行切割、翻轉、鍍膜、再切割 的工藝步驟，需要單顆一一貼裝，而 VCSEL 發(fā)光表面和半導體晶圓平行，易于采用 半導體工藝生產(chǎn)，精度層面由半導體加工設備保障，無(wú)需單個(gè)激光器單獨裝調；

配套 成本方面，由于 EEL 發(fā)射的光斑為橢圓形，整形難度較高，并且需要分立的光學(xué)器 件進(jìn)行光束整形，依賴(lài)產(chǎn)線(xiàn)工人的手工裝調，成本高一致性難以保障。而 VCSEL 易 于和面上工藝的硅材料微型透鏡整合，成本較低。目前禾賽科技和 Lumentum 合作已 經(jīng)在 AT128 轉鏡式遠程雷達上搭載了 VCSEL 激光器。未來(lái)隨著(zhù) VCSEL 技術(shù)的發(fā) 展，我們認為其有望逐步對 EEL 實(shí)現替代。

1550nm 光纖激光器有望擴大份額并降價(jià)，但整體成本仍將高于 905nm 的半導體激 光器。在 1550nm 波段，需要采用銦鎵砷/磷化銦半導體，該材料所制備的半導體激 光器的發(fā)光功率無(wú)法滿(mǎn)足要求，通常采用光纖激光器。光纖激光器由種子源、泵浦 源、以及增益光纖構成，所生產(chǎn)的激光光束質(zhì)量?jì)?yōu)異，功率高，但價(jià)格也較為高昂。 未來(lái)隨著(zhù) 1550nm 波長(cháng)激光使用范圍的進(jìn)一步擴大出貨量提升，光纖激光器的成本將 出現一定程度的下降，但受制于材料本身的成本，1550nm 光纖激光器的價(jià)格最終仍 難以降至 905nm 半導體激光器的水平，有望成為高端產(chǎn)品的解決方案。

供應商海外龍頭公司領(lǐng)先，國產(chǎn)替代可期。目前市場(chǎng)上海外巨頭歐司朗、Lumentum、 II-IV Finisar、Lumibird 等公司憑借領(lǐng)先的產(chǎn)品性能占據主導地位，以溫漂系數為例， 歐司朗有望在 2022 年發(fā)布溫漂系數 0.07nm/℃的 65 瓦 EEL 激光器，超越目前溫漂 系數普遍在 0.3nm/℃的產(chǎn)品。而國內公司目前也逐漸趕上，領(lǐng)先的半導體激光器廠(chǎng) 商如長(cháng)光華芯、睿熙科技、檸檬光子、瑞識科技、瑞波光電子、縱慧芯光亦有豐富的 產(chǎn)品布局。目前長(cháng)光華芯的五結 940nm 波長(cháng) VCSEL 激光芯片，峰值功率已經(jīng)超過(guò) 75w。光纖激光器廠(chǎng)商方面，本土公司表現優(yōu)異。

海創(chuàng )科技、光庫科技、昂納科技等 具備相關(guān)產(chǎn)品量產(chǎn)能力，昂納科技收購加拿大 ITF 和法國 3SP 公司（前身為阿爾卡 特光電事業(yè)部），形成了從光芯片、光器件、1550nm 光源模組的業(yè)務(wù)布局，2021 年 公司甚至發(fā)布了自己的激光雷達整機產(chǎn)品。目前公司的 1550nm 光纖激光器已經(jīng)開(kāi)始 量產(chǎn)，激光雷達整機也計劃于 2023 年定點(diǎn)。未來(lái)隨著(zhù)國產(chǎn)產(chǎn)品性能的提升以及激光 雷達公司降本壓力的來(lái)臨，國產(chǎn)激光器廠(chǎng)商將大有可為。

1.4、 接收元件：SPAD/SiPM 有望替代 APD 成為主流

接收元器件同樣是決定激光雷達性能的核心零部件之一。探測器的靈敏度、是否能 獲得光強信息、價(jià)格、接收器的信息處理效率都是廠(chǎng)商需要斟酌的內容。接收元器件 通常有三類(lèi)，PIN 光電二極管、工作在線(xiàn)性模式下的雪崩二極管（APD）、工作在蓋革模式下的雪崩二極管（SPAD，亦稱(chēng)為單光子探測器）。其中 PIN 光電二極管直接 通過(guò)半導體光電效應獲取光強信息。雪崩光電二極管通過(guò)施加高的反向偏置電壓， 當光子撞擊二極管中材料的過(guò)程中產(chǎn)生碰撞電離（雪崩效應），光電二極管即可顯示 出內部電流增益效應，進(jìn)而實(shí)現探測效果的放大。

（1）PIN：價(jià)格低廉，結構簡(jiǎn)單，響應速度快，但沒(méi)有增益，靈敏度有限，部分 1550 波長(cháng)激光雷達會(huì )使用。

（2）APD：輸出電流與入射光子數量呈線(xiàn)性關(guān)系，相當于一個(gè)具有增益的光電二極 管，可以探測光強，但靈敏度稍弱。

（3）SPAD：工作電壓在雪崩電壓以上，每個(gè)入射的光子都會(huì )觸發(fā)雪崩效應，靈敏度 極高，甚至可以探測單個(gè)光子，但由于其工作于臨界狀態(tài)，只能識別開(kāi)關(guān)兩類(lèi)信號， 無(wú)法獲取強度信息，因此通常采用陣列的方式，利用多個(gè)傳感器感知到光子的機率 來(lái)間接獲得光強信息。

SPAD 陣列通?？煞譃閮深?lèi)：一類(lèi)直接將單獨的 SPAD 組成陣列，通過(guò)光子出現的頻 率來(lái)測算光場(chǎng)強度，該種方式靈敏度高，但后端的電路復雜度也略高。另一類(lèi)則將 SPAD 并聯(lián)，成為一個(gè)單獨的模塊，進(jìn)而可以探測到光強信息，稱(chēng)為 SiPM 或 MPPC， 靈敏度略低于 SPAD 陣列但邏輯電路也較 SPAD 陣列簡(jiǎn)單。在 SiPM 和 SPAD 陣列之 間，廠(chǎng)商通常通過(guò)不同的需求來(lái)適配不同種類(lèi)的產(chǎn)品。

905nm 波長(cháng)下 SPAD 有望逐步替代 APD，定制化成為廠(chǎng)商首選。探測器能探測到的 波長(cháng)取決于自身使用的材料，硅基通常配合 850nm、905nm、940nm 等波段的激光，而 1550nm 波段的激光則需要銦鎵砷等材料探測。硅基材料的晶圓成熟，成本低，而 銦鎵砷等材料由于工藝難度、晶圓尺寸和使用場(chǎng)景的限制，成熟度沒(méi)有硅基高，成本 較高。

（1）在 905nm 波段，SPAD 的工作電壓低，可采用低壓電路，價(jià)格低廉，靈敏度高， 且后端的處理電路相對 APD 更簡(jiǎn)單，采用陣列化的方式，探測效果逐步可以媲美甚 至超越 APD，隨著(zhù) SPAD 陣列的規模不斷做大，該產(chǎn)品路線(xiàn)已經(jīng)日益成為玩家們首 選。

（2）在 1550nm 波段，銦磷半導體制備難度高導致銦鎵砷 SPAD 產(chǎn)品不成熟，廠(chǎng)商 通常使用線(xiàn)性 APD 或者線(xiàn)性 APD 陣列作為探測元件，成本較高。

接收端老牌玩家優(yōu)勢顯著(zhù)，國產(chǎn)替代逐步推進(jìn)。在探測器領(lǐng)域，市場(chǎng)上主要玩家有 老牌的濱松、安森美、索尼等，而傳統相機生產(chǎn)商佳能等亦躍躍欲試。海外玩家在光 學(xué)傳感器領(lǐng)域具備深厚的積累，在設計、工藝上具有顯著(zhù)優(yōu)勢，對高像素大面積光學(xué) 傳感器陣列的生產(chǎn)經(jīng)驗豐富，索尼在 2021 年 CES 展出了名為 IMX459 的 SPAD 激 光雷達傳感器，將像素數量推升至 11 萬(wàn)，遠超現有產(chǎn)品，此外該產(chǎn)品采用雙層電路， 將每個(gè)邏輯測距電路與單獨的 SPAD 像素鏈接，傳感器可以直接輸出深度數據，大 幅提高相應速率。而濱松作為傳統激光雷達傳感器龍頭，無(wú)論產(chǎn)品性能還是種類(lèi)均 有顯著(zhù)優(yōu)勢。

我們預計激光傳感器領(lǐng)域，老牌海外長(cháng)廠(chǎng)商仍將保持領(lǐng)先地位。而國內 公司目前也逐漸趕上，廠(chǎng)商如靈明光子、南京芯視界、阜時(shí)科技等已經(jīng)有成熟化的產(chǎn) 品推出，并開(kāi)始獲取訂單。此外由于激光雷達發(fā)展的時(shí)間較短，市場(chǎng)上成熟的車(chē)規級 產(chǎn)品有限，部分激光雷達廠(chǎng)商根據自身的需求定制化生產(chǎn)陣列化、集成化的 APD 和 SPAD 產(chǎn)品，未來(lái)一段時(shí)間，接收模塊無(wú)疑仍將是激光雷達廠(chǎng)商高度重視的領(lǐng)域，技 術(shù)和產(chǎn)品均將不斷迭代。

1.5、 光學(xué)元件：最容易國產(chǎn)替代的部分

產(chǎn)品不可或缺，目前已經(jīng)基本實(shí)現國產(chǎn)替代。在激光雷達中，通常需要光學(xué)元器件， 激光雷達通常使用半導體激光器，而半導體激光器發(fā)射的光束通常需要進(jìn)行光學(xué)整 形、分束等步驟，形成激光雷達所需的光斑，同時(shí)在激光的接收端也需要透鏡、反射 鏡等實(shí)現光的收集。而在轉鏡方案中，轉鏡本身亦是重要的光學(xué)元器件，其質(zhì)量影響 著(zhù)整個(gè)激光雷達的掃描和探測效果。

此外，由于環(huán)境光的光譜較為復雜，通常需要窄 帶濾光片將激光雷達所發(fā)射波長(cháng)以外的光過(guò)濾掉，以減少激光雷達受到的干擾，提 升信噪比。目前，超窄帶濾光片生產(chǎn)要求較高，全球高級精密光學(xué)解決方案龍頭 Viavi 等產(chǎn)品性能優(yōu)異，國內永新光學(xué)等公司亦有布局。激光光束整形、透鏡、以及轉鏡等 光學(xué)元器件，目前國內有較為成熟的供應商，企業(yè)如炬光科技、舜宇光學(xué)、騰景科技、 藍特光學(xué)、福晶科技、天孚通信、水晶光電等均能提供達到量產(chǎn)需求的產(chǎn)品，并且仍 然在不斷導入。（報告來(lái)源：未來(lái)智庫）

1.6、 處理芯片：模擬、計算并存，集成化為最終趨勢

激光雷達中模擬、數字芯片并存，未來(lái)有望集成到單個(gè) ASIC 或者 SOC 中。信號處 理芯片方面，通常的架構下有模擬芯片和數字芯片（主控芯片）兩類(lèi)。模擬芯片主要 用于收發(fā)端，通常發(fā)射端每個(gè)激光器需要鏈接一個(gè)驅動(dòng)器實(shí)現激光的脈沖式發(fā)射和 編碼。接收端根據探測器種類(lèi)不同需要使用不同的芯片，主要負責激光雷達中光電 信號轉變、電信號實(shí)時(shí)處理等功能，包含模擬信號放大器（TIA）、數模轉換器、時(shí) 間數字轉換器等。

最終主控芯片完成光電的處理進(jìn)而輸出點(diǎn)云信號，該過(guò)程通常采 用 FPGA 來(lái)實(shí)現，亦可通過(guò) MCU、DSP 等模塊來(lái)實(shí)現。供應商方面，模擬芯片的主要供應商有 ADI（亞德諾半導體）、TI（德州儀器）等，國內圣邦微電子、矽力杰等 亦具備供貨實(shí)力。MCU 主流供應商有瑞薩、英飛凌等，DSP 主流供應商包含德州儀 器、亞德諾半導體等。由于激光雷達模擬芯片技術(shù)難度相對有限，且廠(chǎng)商之間尚無(wú)統 一的設計標準，因此考慮到適用性和降本需求，眾多激光雷達廠(chǎng)商開(kāi)始自研 ASIC 或 SOC 芯片將以上功能集成到單個(gè)芯片中。

1.7、 掃描波長(cháng)：905nm 為主，1550nm 潛力大

905nm 簡(jiǎn)單實(shí)惠應用廣，1550nm 性能強勁價(jià)格高，兩者預計將長(cháng)期共存。選擇激光 波長(cháng)需要考慮到以下幾點(diǎn)：功率問(wèn)題，通常由其對人眼的安全性決定；外界光的干擾 情況；激光器本身的制備難度和成本問(wèn)題等。目前 905nm 具有成熟的供應鏈體系和 低廉的成本成為當前激光雷達路線(xiàn)的主流，1550nm 波長(cháng)具有性能優(yōu)勢發(fā)展潛力大。

（1）人眼安全： 905nm 波長(cháng)的激光接近可見(jiàn)光，可穿透人眼的透明部分直達視網(wǎng) 膜，這期間人眼屈光介質(zhì)能將入射光束匯聚成極小的光斑，灼傷風(fēng)險大。而 1550nm 激光在經(jīng)過(guò)人眼角膜等部分就被大量吸收，不會(huì )觸及視網(wǎng)膜。據高工智能汽車(chē)數據， 1550nm 波長(cháng)的激光在同等人眼安全要求下，可以采用比 905nm 激光雷達高 40 倍以 上的發(fā)射功率，進(jìn)而大幅提升探測距離。圖達通、Luminar、Aeye、一徑科技等采用 1550nm 方案的公司，旗艦產(chǎn)品探測距離通常在 200 米以上，最遠甚至達到 500 米以 上，而采用 905nm 激光方案的產(chǎn)品探測距離通常在 150-200 米以下。

（2）抗干擾性：1550nm 所在的波段太陽(yáng)輻射強度相對較弱，同等條件下面臨的光 干擾較 905nm 更小，可獲得更好的探測效果。

（3）硅光芯片適配度：1550nm 激光可在硅基介質(zhì)中傳播，是光通信中最常見(jiàn)的一 種波長(cháng)，可完美的與硅光產(chǎn)品配合，更容易實(shí)現芯片化。

（4）成本和生產(chǎn)效率：1550nm 須采用光纖激光器來(lái)提升光束質(zhì)量和功率（種子源、 泵浦源、摻鉺光纖等構成）。相比 905nm 激光器可直接采用半導體激光芯片耦合封裝 制備，1550nm 光纖激光器結構復雜。在接收端，1550nm 波段的激光需要采用昂貴 的銦鎵砷等材料的探測器。且 1550nm 光纖激光器供應鏈成熟度仍然不高，產(chǎn)品良率 也仍需提升。導致其整體成本遠高于 905nm 激光器，這也是制約 1550nm 激光上車(chē) 的主要原因。

2、 玩家致力于打造六邊形戰士，產(chǎn)業(yè)路徑逐漸明晰

2.1、 性能、成本、車(chē)規要求是激光雷達追求的終極目標

性能、成本、滿(mǎn)足車(chē)規要求是激光雷達發(fā)展的核心要素。核心性能上，探測距離、視 場(chǎng)角、掃描幀率、測量精度、點(diǎn)云規整度都是考量的重要因素。由于激光雷達本身就 是為了彌補攝像頭在特定條件下探測效果的不足，因此需要讓激光雷達在面對低反 射率、微小的物體（如輪胎、雪糕筒等障礙物）的時(shí)候具有較好的探測能力，同時(shí)在 探測距離和精度上也要達到遠超攝像頭的效果。成本方面，大量上車(chē)的前提是將成 本做低。這部分分為人工成本和物料成本，取決于廠(chǎng)商的技術(shù)路線(xiàn)選擇和量產(chǎn)能力 的高低。此外更加重要的指標是車(chē)規級的要求，汽車(chē)的工作環(huán)境惡劣，穩定性要求 高，這也是激光雷達面臨的核心挑戰之一。

各大廠(chǎng)商權衡利弊以生產(chǎn)出各方面性能都及其優(yōu)異的“六邊形全能戰士”。實(shí)際情況 中，收發(fā)元件、測距方式、掃描方式、激光波長(cháng)等不同領(lǐng)域的不同技術(shù)方案各有優(yōu)劣， 為了滿(mǎn)足前述三大方面的要求，激光雷達最終路線(xiàn)的選擇通常是對各種路線(xiàn)本身特 點(diǎn)的取舍和平衡。比如 MEMS 方式最大的瓶頸在于：視場(chǎng)角小以及穩定性難以保證。

廠(chǎng)商們則通過(guò)采用多個(gè)激光器、激光擴束、甚至多個(gè) MEMS 拼接等方式解決以上問(wèn) 題，與之相伴，成本也會(huì )被推高，但由于 MEMS 振鏡可以采用半導體工藝規?；?產(chǎn)降本，故整體成本仍然可控。再如 OPA 方式目前的瓶頸在于 OPA 芯片性能難以提 升，一個(gè)重要的原因是薄弱的光柵芯片難以承受大功率激光的照射。而 FMCW 測距 方式通過(guò)發(fā)射極小功率的激光即可以滿(mǎn)足高精度測距的要求，此外 FMCW 激光調制 技術(shù)以及硅光芯片制備技術(shù)和 OPA 芯片高度相似，因此通常 OPA 將和 FMCW 以組 合的方式出現在激光雷達方案中。車(chē)企致力于打造各方面性能均極其優(yōu)秀的“六邊 形戰士”，但實(shí)際上哪個(gè)技術(shù)路線(xiàn)能走出來(lái)目前均未可知，觀(guān)察整車(chē)廠(chǎng)定點(diǎn)情況或為 較好的方式。

2.2、 轉鏡和 MEMS 路線(xiàn)將成為一段時(shí)期內的主流，FMCW+OPA 面向 星辰大海有望成為激光雷達的終局

車(chē)規、成本、性能綜合考慮，中短期內長(cháng)距離激光雷達將以轉鏡和 MEMS 路線(xiàn)為主， Flash 激光雷達用于近距離補盲，而遠期 FMCW+OPA 或將成為終極方案。產(chǎn)業(yè)發(fā)展不會(huì )一蹴而就，技術(shù)路線(xiàn)也不會(huì )始終處于發(fā)散狀態(tài)，到某個(gè)時(shí)點(diǎn)隨著(zhù)產(chǎn)業(yè)鏈的收 斂，技術(shù)路線(xiàn)最終會(huì )走向統一。就投資而言我們認為應當把握節奏，以量產(chǎn)配套為依 據。當前，OPA+FMCW 尚且遙遠，MEMS/轉鏡產(chǎn)業(yè)鏈和 Flash 產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)獲得諸多 訂單，且技術(shù)水平仍然不斷精進(jìn)，有望在一段時(shí)間內誕生足夠的投資機會(huì )，值得積極 關(guān)注。

中短期：以當前量產(chǎn)產(chǎn)品以及配套定點(diǎn)來(lái)看，轉鏡產(chǎn)品已經(jīng)一馬當先率先上車(chē)，法雷 奧的 Sacla1 和 Scala2 早已分別搭載于奧迪 A8、奔馳 S 級轎車(chē)，據太平洋汽車(chē)網(wǎng)統 計，Scala 系列激光雷達出貨量已經(jīng)超過(guò) 15 萬(wàn)件。龍頭激光雷達廠(chǎng)商中，華為、圖達 通、禾賽科技、Luminar 等公司均有采用轉鏡方式的激光雷達，目前已經(jīng)獲取眾多定 點(diǎn)。MEMS 由于微振鏡掃描速度遠高于轉鏡，同時(shí)半導體工藝規?；a(chǎn)下 MEMS 振鏡具有較高的降本潛力，成為后起之秀。據汽車(chē)之心描述，采用 MEMS 方案的速 騰聚創(chuàng )已經(jīng)獲得威馬、小鵬、廣汽等 40 多家車(chē)企的定點(diǎn)，產(chǎn)品將于 2022 年開(kāi)始量 產(chǎn)。

此外 MEMS 廠(chǎng)商一徑科技憑借 1550nm 激光+MEMS 的技術(shù)路線(xiàn)，可實(shí)現超遠 距離測距，目前亦呈現較好的發(fā)展態(tài)勢，獲得英特爾、小鵬、百度、國汽智聯(lián)等資方 青睞，并獲得元戎啟行等公司定點(diǎn)。Flash 激光雷達由于易過(guò)車(chē)規、技術(shù)成熟、價(jià)格 低廉，則適合作為補盲產(chǎn)品搭配遠距離激光雷達使用，目前大陸集團可自行生產(chǎn) 3D Flash 激光雷達 HF110，同時(shí)投資 MEMS 激光雷達廠(chǎng)商 Aeye 形成遠近一體解決方案 能力。

遠期：OPA+FMCW 的方式由于其采用整體芯片化的生產(chǎn)模式，收發(fā)、掃描甚至計算 模塊都可集成至單個(gè)硅光芯片上，純固態(tài)可以滿(mǎn)足車(chē)規級要求，芯片化生產(chǎn)可以大 幅降低成本，同時(shí)在性能上將突破現有固態(tài)、半固態(tài)激光雷達的極限，在探測距離、 抗干擾、掃描幀率上有質(zhì)的飛躍，甚至可以實(shí)現同時(shí)追蹤百個(gè)目標等功能，產(chǎn)業(yè)學(xué)術(shù) 界共同發(fā)力下，我們認為或將成為激光雷達的終局。

2.3、 1550 解決激光雷達距離恐懼癥，有關(guān)供應商有望迎機會(huì )

目前激光雷達以 905nm 為主，未來(lái) 1550nm 激光雷達份額有望擴大。1550nm 波長(cháng) 的激光有幾大明顯的優(yōu)勢：

（1）探測距離遠。激光雷達探測距離的提升無(wú)非采用三 種方式：提升激光器發(fā)射功率、提升探測器靈敏度、采用 FMCW 方式替換 TOF。由 于 905nm 受制于人眼安全限制，發(fā)射功率有限，而部分情況下其該波長(cháng)下返回的激 光會(huì )被背景光淹沒(méi)，除非大幅提升探測器靈敏度，否則很難進(jìn)一步提升探測距離，而 采用 1550nm 波長(cháng)激光提升發(fā)射功率是最有效的方案之一；

（2）FMCW 測距方式下 1550nm 波段激光解決方案更成熟。光通信領(lǐng)域已經(jīng)使用 1550nm 激光多年，收發(fā)、調制等零部件供應鏈成熟。

（3）1550nm 激光可以在硅波導中傳播，便于硅光芯片集 成。無(wú)論 FMCW 還是 TOF 未來(lái)都將走向硅光集成，通常情況下 1550nm 更適合于在 硅光領(lǐng)域使用。而目前制約 1550nm 波長(cháng)激光的主要因素在于激光器結構復雜、價(jià)格 高，未來(lái)規模有效擴大后有望逐步下降，該領(lǐng)域國產(chǎn)供應商繁多，有望帶來(lái)較大的投 資機會(huì )。