目前,主流的 dToF 激光雷达技术已经从早期的纯机械式激光雷达,逐渐转向半固态与全固态激光雷达。由于半固态与全固态激光雷达结构更简单,在使用寿命、小型化设计以及成本控制上具有显著优势,因此在更长的时间范围内,它们将成为车规级激光雷达乃至机器人用激光雷达的主流技术路线。
一、激光雷达技术路线以及光源技术的演进
在半固态激光雷达中,扫描部件通常采用 MEMS 或棱镜/转镜的方式,而激光的光源也逐渐从光纤激光器或 EEL 切换至 VCSEL。自 2024 年起,VCSEL 在半固态激光雷达中的出货量已经接近50%。随着 VCSEL 在新一代激光雷达系统中展现出的低温漂系数、窄线宽、低功耗等优势,采用 VCSEL 的激光雷达比例将会逐步上升。
在全固态激光雷达中,光源部分与扫描部分已经完全通过芯片固化(采用 VCSEL 的 1D 或 2D 电子阵列扫描),因此 VCSEL 激光芯片在全固态激光雷达中的占比达到了 100%。
2024 年量产上车的激光雷达中,除了来自海外厂商(如 Lumentum)的 VCSEL 产品外,国产 VCSEL 芯片也已经逐步实现前装上车。例如,某友商的 VCSEL 芯片被应用于华为系的 D3 主雷达,而睿熙科技的 VCSEL 芯片则被用于图达通系Robin-W灵雀W广角激光雷达。迈入 2025 年,搭载国产 VCSEL 芯片的全固态激光雷达产品也将逐步在量产车型上得到应用。
二、光源技术的挑战与睿熙芯片的特点
针对激光雷达用的 VCSEL 光源,有三个核心指标:
在相同激光照射距离下,更高的 PCE 可以实现更远的探测距离,或者在相同距离下实现更低的功耗。得益于睿熙的重构多结 SOMJ 架构,在同等测试条件下,睿熙 VCSEL 芯片能够相较友商提升 28%。
对于基于 dTOF 原理的激光雷达而言,更高的重频意味着 a) 更好的测距精度(更多的光子信号);b) 更高的刷新帧率(更灵敏),因此在与国产SPAD搭配时,对激光雷达方案搭建方更加友好。得益于睿熙的重构多结 SOMJ 架构,睿熙 VCSEL 芯片的可靠性更强,能够达到 2MHz 以上的重频,均能满足AEC-Q102车规级可靠性验证(而同等条件下,通常水平仅能达到500kHz)。
低发散角有助于简化激光雷达的光路设计并提升激光雷达的测距范围。得益于睿熙的重构多结架构,睿熙 VCSEL 芯片已经可以做到 8°~10°的发散角,並且呈现高度集中化的高斯光斑分布,这将大大简化光学设计并提升激光雷达的测距能力。
面对即将爆发的车规级、机器人用激光雷达市场,睿熙积极布局在车规级芯片 VCSEL产品,除参与编写《机器人用激光雷达通用技术条件》等标准、布局超【20】项发明专利,也在线阵与面阵平台做了超【10】款产品的充分准备。