拆了5款激光雷达后，我摸清了里面的元器件
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由于FMCW激光雷达面临激光器成本高、窄线宽线性、光波导器件表面公差难控制等一系列问题，我们认为3-5年之内难以成为实际落地方案，因此在供应链的探讨中，我们只讨论TOF激光雷达，不对FMCW的激光器、调制器等部件展开论述。 发射端：
国产激光芯片从VCSEL开始突破，
快慢轴准直有较高壁垒
在激光雷达中，发射端是价值量最高、壁垒最高的环节之一。在发射端中，随着国内产业链崛起以及产业的整体技术路线调整，905nm VCSEL激光芯片等产品有望在市场实 现突破。此外，1550nm光源也具备独特优势，与主流的905nm形成错位竞争，未来随着FMCW测距路线的逐步发展，预计其份额还有进一步增长的空间。
光源：905nm走向VCSEL大势所趋，1550nm实现错位竞争
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发射端的“心脏”就是光源。目前，决定光源技术路线的主要可以归纳为发光波长、激光器结构两大指标。按照波长划分，最主流的是905nm波长和1550nm波长。按照结构来划分则主要分为EEL（边发射激光器）、VCSEL（垂直腔面发射激光器），以及1550nm使用的光纤激光器。
光源的选择制约因素主要有性能、成本、产业链成熟度、人眼安全四大要素。光源选择完之后，需要解决光源校准、温漂、无热化三大问题。接下来我们将从一些重点关注的问题出发，分析不同技术路线的优劣势与特点，以及对应产业链环节的壁垒和价值。
本节主要回答以下问题。1、为什么激光雷达会选择在905nm和1550nm发光；2、905nm和1550nm各有什么优势，各自的应用场景是什么？3、为什么欧司朗在905nmEEL的一家独大的局面难以动摇；4、为什么905nm VCSEL会成为产业趋势；5、为什么TEC在激光雷达里不再被需要；6、为什么激光器里需要加快慢轴准直。
1、为什么是905nm与1550nm？自然传播窗口与产业链成熟度共同决定
首先，为何有905nm与1550nm两条路线，而不是其他波长？这首先受到激光传播窗口的
限制。大气吸收谱限制了哪些激光波长能够在空气中使用，比如300nm以下的短波会被臭氧吸收，1微米以上的红外波长又经常会被水蒸气吸收，所以激光器通常只能在 少数特定窗口工作，如下图37白背景部分（可以注意到很大一部分与可见光波长重合）。白窗口中又有一大段是可见光，如果直接采用可见光又会对人眼产生视觉干扰，所以剩 余的传播窗口是有限的。图中四条红线从左到右分别代表865nm、905nm、1310nm、1550nm波长，均处于白窗口中，都能在空气中正常工作。
在以上诸多个传播窗口中，为什么选择了905nm与1550nm？这与现存的产业链成熟 度有关。1550nm光纤激光器是光通信领域应用最广的光源之一，而905则与消费电子共用产业链（手机上的3D ToF传感器通常使用940nm光源，与905基本属于同种半导体激光器，可以共用GaAs材料体系），所以都有一定的发展基础。
2、选择905nm还是1550nm？允许的峰值功率高使得1550nm有探测优势，材料体系使得905nm有成本优势太阳能电池片回收
在905nm与1550nm光源中如何做选择？主要还是取决于需求。激光雷达用户对激 光雷达的首要需求就是看得远（发光功率大）、看得清（分辨率高，激光器点频高）。激光雷达
需要看多远？主要取决于制动距离。在通常的柏油路面上，120km/h条件下，制动距离接近130米，所以需要确保探测距离在制动距离之上，才能在高速场景下保障安全。 那么是否现有的905nm和1550nm激光雷达都能做到足够长的探测距离？其实不然。1550nm激光器由于采用光纤能够放大激光，因此其功率更大，几毫瓦功率的种子光源经过光纤放大，瞬时发光功率可达1kW级别（905nm激光器则只有100W级别）。大功率带来的好处是探测距离更远，根据目前各家产品参数，1550nm激光雷达对10%反射率物体的探测距离通常能够达到250m以上（905nm大多在150m@10%左右）。对10%反射率物体具备150m探测距离有些时候是不够的，其原因在于有大量低反射率物体，比如动物毛皮、轮胎等，这些物体同样会影响驾驶安全，但激光雷达对其探测距离往往会大幅缩减，在这种情况下，1550nm激光雷达会有更高的安全系数。
既然探测距离主要跟激光的功率有关，那么905nm激光雷达为什么不通过增加功率来提升探测距离呢，这里遇到的主要挑战是人眼安全。所谓人眼安全就是激光雷达不能明显加热人的眼球结构，不能烧坏视网膜、晶状体、玻璃体、角膜等重要的光学结构。视网膜是视神经的延伸，如果损坏将直接导致视力永久性损失。晶状体、玻璃体等前部光学部件如果损坏，则可能导致白内障等病症，同样会导致视力严重损失。
而要保证不损伤人眼，需要满足何种功率限制？这方面ANSI和IEC等权威组织已经有了较为明确的结论。由于红外激光对人眼的损伤通常属于加热效应，因此需要保证激光 照射不导致明显的温升。由于发热等于功率和时间的乘积，因此要满足尽量不发热，只需要激光照射的时间足够短，或者连续照射功率足够小即可。
由于905nm更接近可见光，视网膜对其更敏感，同时液态水对其吸收也更少，因此这种光线更容易直达视网膜。相比而言，1550nm容易被水吸收，因此在抵达视网膜之前 已经被玻璃体等前部结构进行一轮吸收，抵达视网膜的较少。同时1550nm光折射率更大， 即便是抵达视网膜，也不容易聚焦成很小的光点，能量相对分散，进一步减小了损伤。
基于以上原因，在连续波情况下，1550nm激光的人眼安全功率达到905nm的10倍（如左下图所示），如果是瞬间发光则倍数更多，如果发光控制在纳秒级别（激光雷达通常一个脉冲只有几个纳秒），那么 1550nm激光人眼允许的强度可以更高。
所以，905nm激光功率不能再大幅增加的原因在于人眼安全，1550nm的探测距离优 势将继续保持。然而，1550nm激光器的短板是其成本更高。
局域表面等离子体共振905体系近红外激光器发展较早，是基于GaAs材料体系的（其他近红外激光器如 850/865nm、1064nm等也使用GaAs类材料），最早的LED（半导体发光二极管）、最早的半导体激光器都是基于GaAs开发的，可以说产业十分成熟，成本已经很低。
而另一条路线1550所使用的激光器种子光源材料为InGaAsP，需要基于InP体系开发，一方面其发展比GaAs要晚一些，另一方面In元素本身也更稀有，成本也更高。根据Chemical Book网站的数据，铟的地壳丰度只有百万分之0.05，与银相近，其稀有性决定 了其价格必然较高。Yole对InP EEL、GaAs VCSEL、GaAs EEL的成本进行了对比（由于反射效率、散热效率等物理层面问题，InP体系目前没有实用的VCSEL激光器）。橙部分显示的是晶圆基片的成本，从中可见，虽然6寸晶圆的面积是4寸晶圆的2.25倍， 但是4寸的InP晶圆基片成本却比6寸GaAs晶圆基片贵3倍多，如果换算成单位面积成本，那么差距就更大了。半导体激光器晶圆还需要在基片上进行外延生长（沉积上真正的发光材料等），这部分成本在图中体现为黄，InP晶圆的外延生长成本仍然明显更高，比6寸GaAs EEL高了数倍。如果再考虑光纤成本，1550nm激光器成本就更高。
1550nm激光器的成本受到材料因素与激光器类型因素的限制，并非是通过大规模生产就能够降低到905nm激光器同一水平的。
综上所述，受到人眼限制，1550nm路线的探测距离优势明显，而受到材料限制，905nm路线的成本优势也同样明显，因此二者构成错位竞争。预计1550nm激光雷达将主要用于以安全性为核心卖点的车辆（如沃尔沃等）、价位和品牌定位较为高档的车辆（如蔚来、奔驰、上汽飞凡R等）、重卡（刹车距离较长，奔驰重卡采用1550nm激光雷达）等特殊定位的车辆。其余车辆受限于成本，则更适合采用905nm激光雷达。
不过1550nm和905nm的功率特性也对其成本有所影响。通常1550路线的激光器较少，一般只需要一个光纤激光器（包含一个泵浦光源和一个种子光源），之后还可以对光纤中的激光进行分束，1个激光器就能同时打出多个光点，例如图达通falcon采用1分4设计，1个激光器可同时产生4条光束进行扫描。而905nm路线的激光器由于功率有限，通常无法分束，需要的激光器数量更多，比如速腾M1就采用了5个收发模组同时发光，5个激光器同时发光进行扫描。禾赛AT128则配置更为豪华，直接采用128个VCSEL激光器来实现128线扫描。可以说1550nm激光的高功率特性在一定程度上缩小了与905的成本差距。
3、905nm EEL，欧司朗一家独大局面暂难改变
905nm路线又分为EEL和VCSEL，目前全球和国内的905nm EEL的光芯片基本采用了欧司蓝牙GPS
朗的光芯片。除了有先发优势外，另一大原因就是欧司朗后来在低温漂EEL上通过专利构筑了自己的优势，而温漂是激光雷达的一个很大的挑战。
如上图所示，EEL光芯片在温度发生变化时光的波长会发生漂移，大约为0.3nm/C°由于汽车的工作温宽特别宽（-45°~+85°），因此120度左右的温宽范围能造成高达40nm左右的温漂，这给接收端带来了巨大的挑战，会影响激光雷达的探测距离和成像质量。 真空过滤装置
