1.1、 测距事理：TOF 主流，FMCW 潜力大
测距办法常日分为两类，TOF（Time of flight，翱翔韶光测距法）采取直接丈量， FMCW（Frequency Modulated Continuous Wave，调频连续波技能）通过相关丈量。 激光雷达测距办法可分为 TOF 和 FMCW 两类，TOF 通过直接丈量发射激光与回波 旗子暗记的韶光差，结合光在空气中的传播速率得到目标物体的间隔信息。FMCW 首先 对激光光源进行调制（调频/调幅/调相），将激光器发出的激光分为两束，一束作为本 振光，另一束照射到物体上返回后与本振光混频干涉后形成一束新的激光旗子暗记，通 过对该旗子暗记的丈量和一系列的打算可反推出频率差进而实现测距，同时基于光的波 长变革（多普勒效应）可以测算出物体的径向速率。
TOF 大略可靠，技能成熟易于实现，FMCW 性能优前景好但短期技能存在瓶颈难 以量产上车。TOF 测距事理大略，可靠耐用，免去剖析光波频率差异的环节，相应 速率快，在工业、消费电子、通信、军工等领域早已广泛运用。尤其在消费电子领域， 华为、LG、Vivo、三星以及苹果均在产品中广泛运用 TOF 传感器以实现间隔信息的 探测，目前，TOF 技能和家当仍旧不断演进，在激光雷达领域，TOF 仍旧是主流的 测距方案。FMCW 测距性能精良，曾被美国宇航局用于帮助翱翔器在月球的阴郁面 自动着陆，这种方案上风明显：
（1）信噪比高，丈量精度和间隔远超 TOF。该方案 中本振光只会与返回的探测旗子暗记产生干涉，相称于只吸收该频率的回波信息，险些 不会受到外界其他频率光芒滋扰，信噪比极高，乃至在直接面旭日光时仍能保持良 好的探测效果；
（2）抗滋扰能力强。FMCW 办法下每个激光雷达有自己的编码，即 使未来激光雷达数量激增，也不会涌现相互之间旗子暗记串扰问题；ToF 激光雷达目前主 要依赖脉冲编码来办理滋扰问题，须要在一定韶光内对脉冲进行采样，一定程度上 会影响探测速率同时增加算法包袱；
（3）发射功率进一步降落，节能并减小对人眼 的侵害。根据激光雷雷达公司 SiLC 数据，FMCW 激光雷达发射均匀功率可以比脉 冲 TOF 激光雷达低 1000 倍以上；
（4）更随意马虎芯片化。FMCW 的低功率运行也可以 更随意马虎做到芯片化，将硅基光电子技能和 FMCW 结合可大幅降落生产调试和装置难 度，提升系统的性能、同等性、可靠性并降落本钱；
（5）FMCW 可呈现速率信息。 助力自动驾驶算法实现更好的决策。整体而言，FMCW 技能其实在毫米波雷达、光 通信领域运用广泛，但激光雷达场景下对性能提出了更高哀求。FMCW 的问题显著： 技能瓶颈限定上车。在激光器、调制器、吸收器等的材料、设计、工艺上，以及硅光 芯片的设计和制备上都须要进一步研究和打破。详细而言，
（1）发射端激光器和调制 器研发难度高，可线性调频的窄线宽（线宽可理解为激光色彩的纯度）激光是实现 FMCW 激光雷达相关检测的根本，调频过程中哀求激光具有良好的线性度以及较低 的功率起伏，这对激光器和调制器提出了极高哀求。据洛微科技描述，FMCW 激光 雷达发出的激光芒宽常日在百万分之一纳米级别，而发出激光的功率也应达到一定 的标准以担保探测效果。此外芯片化的调制器、激光器涉及硅光子工艺，目前尚不成 熟，而采取分立器件集成又存在本钱、性能等诸多问题的困扰。
（2）吸收端亦须要进 行工艺的优化和改良。整体而言，技能瓶颈是限定 FMCW 快速推广的紧张缘故原由。
家当持续探索，上车曙光初现，技能和产品进展值得关注。家当对 TOF 和 FMCW 技 术路线仍旧不断探索，TOF 领域在发射、吸收真个产品性能不断精进以提升探测效 果。FMCW 领域只管困难重重，仍旧不断有家当公司以及投资人前赴后继投入 FMCW 技能路线。龙头公司如英特尔、Aurora、通用 Cruise、光学巨子蔡司等在 2017 年乃至更早就开始布局该领域，并持续加码。而纵不雅观市场上的玩家，选择该路线的公 司创始人常日具有很强的技能背景，多数来自巨子科技公司、通信巨子或学术界转 型，凸显行业较高的技能门槛。
目前，Aeva 已经能够将激光发射/吸收/光学元器件等 整合到硅光芯片模组中，形成 FMCW 激光雷达引擎，2022 年 2 月公司推出环球首个 4D 激光雷达 Aeries II，具有相机级分辨率、超远间隔、高可靠性、4D 定位、高集成 性的上风，量产级别产品估量在 2023 年年末实现。除 Aeva 外，外洋公司如 Mobileye、 Aurora、通用、Analog Photonics、Voyant Photonics、Baraja、Scantinel Photonics、SiLC Technologies 等亦捋臂将拳，海内紧张有洛微科技、光勺科技、擎感光子等也在积极 布局。家当进展值得被紧密关注，如果 FMCW 具备可行的量产条件，有望呈现出较 好的发展势头。
1.2、 扫描办法：技能路线繁多，家当百花齐放，远期有望逐步收敛
家当百花齐放，远期有望逐步收敛。光束扫描办法按照迁徙改变部件的多少，分为机器 式、半固态和纯固态，详细来看目前已经大致形成机器式、半固态的转镜、MEMS、 固态的 OPA、Flash 五大类。此外还有一些其他的小众办法如光谱扫描、微动技能等 亦在持续演进。在车规级、性能更优、体积更小、本钱更低的目标下，机器式基本退 出乘用车前装市场，别的技能路线结局尚难确定，未来随着供应链逐渐搭建和完善 以及产品出货量的提升，生产本钱将逐步降落，技能路线也将逐步收敛。
1.2.1、 机器式：性能精良，但难以知足车规哀求
机器式激光雷达性能精良，但价格、生产效率、过车规上存在困难，目前基本退出 前装量产市场。通过电机带动光机构造整体旋转进而实现对空间水平 360°视场范围 的扫描，测距能力在水平范围内保持同等。该办法是传统激光雷达紧张采取的技能 路线，在 Robotaxi、低速 AGV 小车上被广泛运用。
机器式扫描的上风在于：（1）点 云的质量较高，便于算法处理；（2）信噪比高，可实现 360 远间隔探测；（3）供应链 和技能成熟。但机器式通过叠加激光发射器和吸收器来实现多线扫描，须要将发射 和吸收模块进行精密光学对准装置，在主流雷达已经提升至 128 线乃至 256 线的情 况下，本钱高，生产效率低，据九章智驾的采访，行业鼻祖 Velodyne64 线产品售价 高达 8 万美元，交货周期超过 2 个月，一个工程师花费一周的韶光仅能组装两台。 此外快速旋转的机器部件寿命在数千小时，难以知足车规级哀求，因此基本被打消 在乘用车前装量产市场之外。行业中 Velodyne、禾赛科技、法雷奥等老牌激光雷达厂 商的初期产品均采取此办法，但在面向前装量产市场时纷纭转向其他技能路线。
1.2.2、 转镜式：性能尚可，已经率先量产上车
转镜方案是目前已经实现前装量产上车的技能方案，在性能和稳定性上具备上风。 比较机器式的整体旋转，转镜办法使收发模组固定，只迁徙改变反射镜以及棱镜进而实 现光束的扫描。根据激光光斑形状的不同，转镜模式也可分为一维转镜和二维转镜， 如果采取点光斑则须要进行二维扫描，常日通过两块转镜实现，厂商如 Luminar、图 达通等采取该路线。而线光斑可通过一维扫描实现探测，搭配一块转镜即可，迁徙改变模 块进一步精简，目前华为、禾赛科技、法雷奥等公司采取该种技能路线。转镜方案的 上风在于构造更紧凑，稳定性高，功耗低，安装难度比较机器式显著减小。
早在 2017年 Ibeo 和法雷奥开拓的基于转镜架构的 4 线激光雷达 Scala1 即实现量产，成为首 个车规级激光雷达。然而转镜式激光雷达在运行中哀求光学转镜实现连续高速旋转， 对付电机、轴承、转镜的配重等提出了较高的哀求（电机的稳定性、可靠性、寿命、 磨损）。同时由于仍旧存在较大的机器迁徙改变部件，扫描频率上限偏低，对恶劣环境的 承受能力以及耐久性有限，也无法通过半导体工艺大批量出货实现降本。因此我们 认为转镜路线是激光雷达上车的“元勋”，仍将在相称长的韶光内成为紧张的技能路 线，但终极将被固态激光雷达所替代。
1.2.3、 MEMS：性能不俗，即将量产上车
MEMS 方案具备优秀的性能，是其余一种目前主机厂浩瀚新车型所采取的技能路线。 MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）激光雷达采取高频震撼的 MEMS 微振镜 构造反射激光实现激光光束的偏转。该模块将光束扫描所需的微型反射镜、MEMS 驱 动器、MEMS 传感器进行集成于眇小的 MEMS 振镜模块，上风显而易见，运动部件 少可靠性提升、体积小、扫描频率快，同时 MEMS 模块可采取半导体工艺规模化生 产进而降落本钱。而 MEMS 模式的问题也比较明显，硅基 MEMS 悬臂梁振镜构造 非常薄弱，在耐久性、抗冲击上存在不敷，随意马虎失落效。
同时由于 MEMS 振镜转角有 限，限定了激光雷达的视场角，须要激光雷达厂商采取光源扩束、多个激光器拼接、 乃至采取多个 MEMS 振镜等分外的构造来扩大 FOV，产品的构造和光路设计、安装 调试具有一定的难度。目前，市场上 Innoviz、Aeye、速腾聚创、一径科技等公司是 该种技能路线的代表，华为、禾赛科技等公司也在储备干系技能。
MEMS 方案同轴和非同轴（离轴）支配特点不同，厂家根据自身需求个性化考量。 按照收发光路来区分，MEMS 激光雷达可以分为同轴和非同轴两类，同轴方案具有 相同的输入输出光路，收发模块集成于一处，发出的激光触达被测物体后返回并再 次通过 MEMS 振镜被探测器吸收，优点在于只吸收沿着原光路返回的光旗子暗记，因而 有较好的日光抑制性，信噪比高；同时吸收器采取单颗 APD 即可，本钱可控；如果 采取多个激光收发模组拼接，不同模组之间相对独立，可以同时进行扫描互不滋扰。 德国激光雷达公司 Blickfeld、Innoviz 等浩瀚公司均采取该种技能路线。
但同轴方案 中由于微振镜口径大小直接决定吸收器能收到多少反射回来的激光能量进而影响探 测效果，以是常日尽可能的将微振镜尺寸做大，而大尺寸的 MEMS 振镜在稳定性、 抗冲击性、震撼频率以及本钱上表现不佳，除此之外，同轴方案须要精密光学对准， 工艺、本钱和生产效率也面临寻衅。非同轴方案即收发模块分开支配，返回的激光 不经由 MEMS 振镜直接进入到探测器中，可采取小尺寸 MEMS 振镜，同光阴学对 准调试的哀求相对较低。如激光雷达厂商 Aeye 采取该种支配办法，将振镜尺寸降落 到 1mm 以下，稳定性大幅提升。但该方案会面临外部环境的光滋扰，常日须要阵列 化的 APD 或者 SPAD 来实现好的探测效果，定制化的吸收芯片对技能哀求高，同时 也可能会产生较高的本钱。
MEMS 振镜是核心部件，电磁和静电驱动、一维和二维扫描各有上风。MEMS 扫描 方案中，MEMS 振镜无疑是核心，通过小尺寸的悬臂梁构造，使反射镜悬浮在前后 旁边各一对扭杆之间，并以一定的频率振荡从而实现光束扫描。对激光雷达厂商来 说，振镜的尺寸、摆角、以及扫描频率、稳定性以及本钱都是须要考量的主要指标。
（1）从驱动办法来看，MEMS 振镜可分为电磁、静电、热以及压电几类。个中电热驱动相应较慢，压电驱动对温度敏感，均不适宜用于激光雷达。电磁驱动和静电驱动 目前是市场上主流的驱动办法，个中电磁驱动具有较大的驱动力和驱动位移，由于 须要制作外围线圈，常日尺寸较大，便于提高激光雷达性能，但在严苛环境下可靠性 风险也会增加，同时对温度比较敏感。静电驱动则利用带电导体之间的静电浸染实 现驱动，功耗低、速率快、兼容性好，但摆角较小。
（2）从扫描维度来看，与转镜相 同，MEMS 振镜也区分为一维和二维扫描，一维扫描比较二维少了一个自由度，微 振镜的各种性能指标均有明显提升。不雅观察知微传感官网列示的产品，一维转镜产品 的扫描角度常日可以达到 60°，镜面直径可以达到 3mm，而二维转镜产品的扫描角 度仅为快轴 30°，慢轴 24°，且镜面直径为 1mm，当然考虑到线光斑自身的形态， 要知足一维扫描哀求，MEMS 振镜的尺寸常日也须要做到更大。无论电磁、静电、 一维、二维，技能路线没有绝对的利害，激光雷达厂商常日会根据零部件的特性设计 自己的光源数量和光路构造实现扬长避短。
MEMS 供应商外洋领先，本土不遑多让，技能不断精进助力 MEMS 方案快速上车。 MEMS 振镜的性能常日会决定 MEMS 激光雷达的性能，因此振镜的技能指标尤为重 要，在这一领域，海内供应商已经逐步遇上外洋，家当形成协力不断向前推进。外洋 公司如滨松、Microvision（被微软收购）、Lemoptix（被英特尔收购）、以色列 Maradin、 美国 Mirrorcle 等，布局早，工艺领先。产品方面，Mirrorcle 公司采取键合的方法， 分别加工驱动器和镜面再进行组装，可以生产半径 7.5mm 的 MEMS 微振镜镜面，定 制化开拓模式下乃至能生产 9mm 半径的镜面产品。
海内厂商近年亦发展迅速，速腾 聚创投资的苏州希景科技，在 2018 年量产直径达到 5mm 的 MEMS 振镜，采取电磁 驱动，快轴/慢轴分别实现 30°/20°的光学转角，业内领先，有力帮忙速腾 MEMS 产品的发展。苏州知微感、无锡微奥等亦逐步开拓性能精良的产品。此外由于 MEMS 振镜的性能指标和激光雷达本身的设计高度关联，同时价格昂贵，浩瀚厂商开始自 研或者探求供应商并形成相对紧密的关系来保障供应链，强化自身壁垒，降落本钱。 这个中 Innoviz、Blickfeld、禾赛科技、岭纬科技均自研布局 MEMS 微振镜，速腾聚 创则投资设立了苏州希景微机电，该公司依托苏州纳米所的研发上风，产品性能逐 步超越对手。亦有公司通过外部采购第三方 MEMS 振镜为自己产品所用。（报告来源：未来智库）
1.2.4、 OPA：性能优稳定性好降本空间大，但技能壁垒高难以量产
OPA 扫描办法性能精良，易与 FMCW 结合，家当和学术界积极探索，但量产仍有 难度。OPA（Optical Phased Array，光学相控阵）扫描办法利用光的相关事理，采取 多个光源组成阵列，每个光源相称于多缝干涉中的狭缝，利用光的干涉形成类似棱 镜的折射效果，通过实时调节阵列中每个单元之间相位差即可掌握激光光束的方向 实现扫描。实现光学相控阵的方法有很多，目前以硅基光子集成技能为主。该方案通 常将激光直接输入至光波导芯片，经由分光器构成的功分网络将光束分散到各个移 相器中，利用介质材料的热光/电光（载流子色散）效应对经由每个移相器的光进行 调制，再传导至波导光栅形成的天线阵列对外发射。
目前，浩瀚研究机构和公司如加 州大学、MIT、英特尔、根特大学、哥伦比亚大学、中科院半导体研究所、西安光机所、Analog Photonics、Voyant Photonics 等均展开深度研究并取得一定成果。而 OPA 硅光在技能上与 FMCW 具有非常好的共通性，可进行进一步集成。在 2019 年麻省 理工学院和加州大学伯克利分校的一项研究中，采取分外工艺将硅基 OPA 芯片、相 干检测模块以及 CMOS 驱动电路进行了晶圆级集成，大大减小了激光雷达的体积， 这一方案也被浩瀚激光雷达厂商采取。
光学相控阵扫描办法常日被认为是激光雷达终极目标。该种方案上风显著：（1）纯 固态，体积小，易过车规，去掉了所有的机器扫描部件乃至光学元器件；（2）标定简 单，安装校准本钱险些可以忽略不计；（3）扫描频率高，一样平常可达到 MHz 乃至 GHz 的扫描频率；（4）扫描精度高，可以达到千分之一度量级以上；（5）探测灵巧，目前 对感兴趣的目标区域可以进行高密度扫描，安全性提高，节约算力；（6）降本潜力大， 可以采取半导体工艺规模化生产，同时结合硅光技能可以很随意马虎和芯片化的收发部 件结合，替代繁芜的光路、透镜、收发模组等，进一步降落本钱。除此之外，据国科 光芯董事长刘静伟表述，利用通信领域的多波段分束/合束技能，OPA 办法还可实现 多波段同时扫描，进一步提升点云密度和探测效果。
优点之外，该方案的寻衅也较为明显：
（1）光学损耗：由于光在从外部光纤/激光器进入到光芯片、在光芯片中传输、以及 照射到光栅上旋转方向垂直向外发射的过程中都会产生较大的损耗。丢失掉的光会 转化成热，随意马虎烧损精密的光栅构造。做大光栅天线阵列的过程中，芯片中的总线光 波导能承受的功率亦经受磨练，对光芯片材料的选择和构造的设计提出了更高的要 求，目前部分方案采取硅基-氮化硅结合的办法提升芯片的发射功率；
（2）视场角（旁瓣滋扰）：相控阵芯片发射的光束经由相互关涉后除形成主方向的探 测光束（主瓣）之外，还会形成其他方向的光束（旁瓣），常日情形下，利用 OPA 芯 片探测过程中会将旁瓣遮挡来担保主瓣不受滋扰，因此主瓣和旁瓣之间的角度也决 定了该 OPA 激光雷达的视场角。而光学相控阵中的天线阵列（小光源）的密度越高， 旁瓣和主瓣之间的夹角越大，意味着激光雷达的视场角也越大。但天线阵列的密集 分布将伴随着旗子暗记串扰、散热、以及移相器的支配等问题，磨练开拓者的设计和工艺 制造能力；
（3）工艺和集成：硅光芯片技能可以和 CMOS 工艺完备兼容，但仍旧须要一些特色 工艺的开拓，难度高于传统 CMOS 工艺。而如果想激光器芯片要将电旗子暗记转化为光 旗子暗记产生激光，和传输光子的光波导常日采取不同的材料。以常见的硅光芯片为例， 如何将三五族材料制作的激光器通过稠浊集成（采取倒装焊等办法直接放置或者晶 圆键合等办法将预先制作好的三五族半导体激光器与硅基片集成封装）或单片集成 （直接在硅基片上成长三五族材料激光器）的办法集成到硅基片，抑或采取分立的 激光器和光芯片耦合到一起，并担保激光的模场、热场、折射率匹配都具有较高的难 度。
市场上只有少数玩家节制干系工艺，如英特尔采取键合设备和芯片倒装技能在 高温高压下使得三五族激光器芯片和硅光芯片通过分子力结合到一起，并实现小规 模出货，但该办法仍存在功率限定，直接应用于激光雷达仍需技能打破。此外，利用 不同波长的激光亦须要不同材料，个中的设计、制造、工艺的理解亦尤其深入。
目前激光雷达玩家中，LightIC、Quanergy、Analog Photonics、Voyant Photonics、Scantinel Photonics 等均致力于 OPA 路线的开拓，海内的洛微科技、力策科技、国科光芯、相 点科技等公司亦在不断打破。但也应看到，曾经被认为是激光雷达之光的 Quanergy， 得到浩瀚投资者和下贱客户的追捧，至今产品仍旧难以达到规模化量产并达到客户 需求。我们认为 FMCW+OPA 或许是激光雷达的终点，但到达终点仍需假以时日。
1.2.5、 Flash：大略耐用纯固态，改良方案不断呈现，探测间隔仍待提升
Flash 激光雷达大略易用，但探测间隔限定下适宜用于补盲。Flash 路线类似于摄影 机，在特定时间发射出覆盖整片探测区域的激光，通过面阵化的吸收器完成对周围 深度图像的绘制。该技能路线肃清了所有运动部件，随意马虎过车规，且可以采取芯片级 工艺，成本相对较低，此外扫描速率快。缺陷在于面光源能量分散，视场角和探测距 离此消彼长，难以实现远间隔探测。大陆集团在 2016 年收购激光雷达厂商 ASC 后 发布了环球首款 3D Flash 激光雷达 HFL110，现已量产上车。由于 Flash 激光雷达探 测间隔有限，难以知足远间隔探测的哀求，常日在补盲场景下利用。
Flash 技能不断改进，探测间隔有望逐步提升。撤除大陆等厂商外，其余一类 Flash 路线厂商如 OUSTER、OPSYS、IBEO 等公司采取逐点/逐行扫描 VCSEL+SPAD 阵列 实现 Flash 办法探测，并通过掌握光束形状或激光发射阵列的开关办法等改进，来提 升 VCSEL 的发射功率，同时配以其他技能提升探测间隔。如以色列激光雷达公司 Opsys Tech 推出 Micro-Flash 技能，采取可寻址的 VCSEL 阵列，让 VCSEL 以极高 的频率逐个发光，每个发光点发射的激光经由一系列透镜后返回照亮特定的 SPAD 阵 列像素，通过 TOF 办法感知间隔，进而实现类似扫描的探测效果。
据 OPSYS 公司 官网显示，目前的产品 SP2.5 可在 10%反射率的情形下实现 150 米的探测间隔，分 辨率达到 0.1°0.1°。模组形式由两个 VCSEL+一个 SPAD 组成，本钱低，灵巧度 高，可以以任意办法进一步组合形成丰富的办理方案。目前公司已经和韩国 SL 签约 供货协议，并在 2022 年 2 月和华域汽车达成互助协议推进激光雷达技能互助。海内奥比中光控股子公司奥瑞达也采取了类似的方案，采取多节可寻址 VCSEL 和 SPAD 实现低激光功率下的远间隔探测。
1.2.6、 其他方案：各种路线天马行空，不乏或头部客户青睐产品
事实上除了以上五种常见的扫描办法之外，玩家们进行了诸多探索，推出了各种天 马行空的技能路径，个中不乏靠近量产的方案。
Micro-motion（MMT，微动技能）：由 Cepton（赛瞳科技）提出并利用，该方案将接 收端和发射端连接，并保持光学共轭，通过电磁掌握收发模块震撼，类似车内喇叭震 动的办法，实现光束扫描。该方案没有摩擦、可靠度高、可实现大视场角扫描、功率 低、成本相对可控、体积小，具有较为明显的上风。目前 Cepton 已经得到了通用汽 车下一代自动驾驶赞助系统——Ultra Cruise（超级巡航）的订单，通用汽车的 Ultra Cruise 操持从 2023 年开始支配，目标覆盖 95%以上的驾驶场景。此外公司还和日本 小糸车灯互助，将把激光雷达集成到大灯中。
光谱扫描技能（Spectrum-Scan）：由澳大利亚激光雷达公司 Baraja 推出，利用不同 波长的光在介质中折射率的不同，在红外波段快速切换光的波长实现扫描效果。该 方案没有运动部件，本钱低廉，更随意马虎适应恶劣的环境。此外公司还采取了随机调制 连续波（RMCW，类似 FMCW）办法测距，操持 2022 年推出样品，2023 年实现量 产的激光雷达产品 Spectrum HD 可在 10%反射率下实现 230 米以上探测间隔。2021 年公司和维宁儿达成互助协议，维宁儿将开拓、发卖和集成 Baraja 的雷达产品来服 务于其汽车市场客户。不过该方案中的多光谱激光器加工难度大本钱高，且想实现 大范围视场角具有一定难度。而公司的 CEO 和 CTO 均曾经在环球光通信巨子 Finisar 卖力开拓多色激光器（用于通信领域波分复用等场景），具有较强的技能背景。
1.3、 激光发射：EEL 凭借高功率密度目前霸占主流市场地位
激光发射器影响激光雷达产品的核心性能。激光器的事理是增益介质（事情物质）通 过接管勉励源（泵浦源）的能量而产生光子，通过光学谐振腔的放大形成激光光束。 增益介质和光学谐振腔共同决定了所发出激光的波长。对付激光雷达激光器而言， 性能上希望激光器实现较高的发射功率密度、较低的温升、较小的温漂系数、以及 较高的光束质量等指标，本钱上希望本身激光器的加工以及后续的配套都能实现低 本钱化。
（1）功率密度：功率密度决定同样尺寸的器件能发出多强的激光。目前供应商均致力于通过多节方案，即将半导体激光器内的多个有源区通过隧道结串联起来，来成 倍提升功率，同时大幅提高器件发光效率。 （2）温漂系数：半导体均存在一定的光热效应，不同温度下，激光器发出激光的波 长会有眇小的漂移，漂移的幅度被称为温漂系数。实际运用中，激光雷达前真个滤波 片亦须要将这部分“漂移”的波长范围考虑在内，被迫提升滤波宽度，影响激光雷达 的信噪比。因此激光器厂商们亦致力于通过各种办法降落激光器的温漂系数。
（3）光束质量：即光斑的形状和能量分布，最好是规整圆形以方便测距利用。 （4）光谱宽度：又称为激光芒宽，即激光的色彩纯度。激光雷达吸收端会用滤波片 将其他波长的光过滤掉，探测激光的线宽越窄意味着抗滋扰性越强，信噪比越高。 （5）生产本钱：希望构造大略本钱低，同时集成随意马虎可批量化生产。
EEL 是目前主流，VCSEL、光纤激光器份额有望提升。目前，激光雷达的激光发射 器常日有三种形式：半导体边发射激光器（EEL）、半导体垂直腔面发射激光器 （VCSEL）、光纤激光器。常日 905nm 波长激光可选择半导体激光器。这个中，EEL 激光器凭借其成熟的产品和供应链体系，极高的功率密度，成为目前主流的激光器 形式。半导体激光器中 VCSEL 除功率密度较 EEL 低外在线宽、温漂系数、光束形 状等指标上均优于 EEL，未来有望逐步实现对 EEL 的替代。本钱上，生产本钱方面， EEL 激光器由于激光从侧面发射，利用过程中须要进行切割、翻转、镀膜、再切割 的工艺步骤，须要单颗逐一贴装，而 VCSEL 发光表面和半导体晶圆平行，易于采取 半导体工艺生产，精度层面由半导体加工设备保障，无需单个激光器单独装调；
配套 本钱方面，由于 EEL 发射的光斑为椭圆形，整形难度较高，并且须要分立的光学器 件进行光束整形，依赖产线工人的手工装调，本钱高同等性难以保障。而 VCSEL 易 于和面上工艺的硅材料微型透镜整合，本钱较低。目前禾赛科技和 Lumentum 互助已 经在 AT128 转镜式远程雷达上搭载了 VCSEL 激光器。未来随着 VCSEL 技能的发 展，我们认为其有望逐步对 EEL 实现替代。
1550nm 光纤激光器有望扩大份额并贬价，但整体本钱仍将高于 905nm 的半导体激 光器。在 1550nm 波段，须要采取铟镓砷/磷化铟半导体，该材料所制备的半导体激 光器的发光功率无法知足哀求，常日采取光纤激光器。光纤激光器由种子源、泵浦 源、以及增益光纤构成，所生产的激光光束质量精良，功率高，但价格也较为高昂。 未来随着 1550nm 波长激光利用范围的进一步扩大出货量提升，光纤激光器的本钱将 涌现一定程度的低落，但受制于材料本身的本钱，1550nm 光纤激光器的价格终极仍 难以降至 905nm 半导体激光器的水平，有望成为高端产品的办理方案。
供应商外洋龙头公司领先，国产替代可期。目前市场上外洋巨子欧司朗、Lumentum、 II-IV Finisar、Lumibird 等公司凭借领先的产品性能霸占主导地位，以温漂系数为例， 欧司朗有望在 2022 年发布温漂系数 0.07nm/℃的 65 瓦 EEL 激光器，超越目前温漂 系数普遍在 0.3nm/℃的产品。而海内公司目前也逐渐遇上，领先的半导体激光器厂 商如长光华芯、睿熙科技、柠檬光子、瑞识科技、瑞波光电子、纵慧芯光亦有丰富的 产品布局。目前长光华芯的五结 940nm 波长 VCSEL 激光芯片，峰值功率已经超过 75w。光纤激光器厂商方面，本土公司表现精良。
海创科技、光库科技、昂纳科技等 具备干系产品量产能力，昂纳科技收购加拿大 ITF 和法国 3SP 公司（前身为阿尔卡 特光电奇迹部），形成了从光芯片、光器件、1550nm 光源模组的业务布局，2021 年 公司乃至发布了自己的激光雷达整机产品。目前公司的 1550nm 光纤激光器已经开始 量产，激光雷达整机也操持于 2023 年定点。未来随着国产产品性能的提升以及激光 雷达公司降本压力的来临，国产激光器厂商将大有可为。
1.4、 吸收元件：SPAD/SiPM 有望替代 APD 成为主流
吸收元器件同样是决定激光雷达性能的核心零部件之一。探测器的灵敏度、是否能 得到光强信息、价格、吸收器的信息处理效率都是厂商须要推敲的内容。吸收元器件 常日有三类，PIN 光电二极管、事情在线性模式下的雪崩二极管（APD）、事情在盖革模式下的雪崩二极管（SPAD，亦称为单光子探测器）。个中 PIN 光电二极管直接 通过半导体光电效应获取光强信息。雪崩光电二极管通过施加高的反向偏置电压， 当光子撞击二极管中材料的过程中产生碰撞电离（雪崩效应），光电二极管即可显示 出内部电流增益效应，进而实现探测效果的放大。
（1）PIN：价格低廉，构造大略，相应速率快，但没有增益，灵敏度有限，部分 1550 波长激光雷达会利用。
（2）APD：输出电流与入射光子数量呈线性关系，相称于一个具有增益的光电二极 管，可以探测光强，但灵敏度稍弱。
（3）SPAD：事情电压在雪崩电压以上，每个入射的光子都会触发雪崩效应，灵敏度 极高，乃至可以探测单个光子，但由于其事情于临界状态，只能识别开关两类旗子暗记， 无法获取强度信息，因此常日采取阵列的办法，利用多个传感器感知到光子的机率 来间接得到光强信息。
SPAD 阵列常日可分为两类：一类直接将单独的 SPAD 组成阵列，通过光子涌现的频 率来测算光场强度，该种办法灵敏度高，但后真个电路繁芜度也略高。另一类则将 SPAD 并联，成为一个单独的模块，进而可以探测到光强信息，称为 SiPM 或 MPPC， 灵敏度略低于 SPAD 阵列但逻辑电路也较 SPAD 阵列大略。在 SiPM 和 SPAD 阵列之 间，厂商常日通过不同的需求来适配不同种类的产品。
905nm 波长下 SPAD 有望逐步替代 APD，定制化成为厂商首选。探测器能探测到的 波长取决于自身利用的材料，硅基常日合营 850nm、905nm、940nm 等波段的激光，而 1550nm 波段的激光则须要铟镓砷等材料探测。硅基材料的晶圆成熟，本钱低，而 铟镓砷等材料由于工艺难度、晶圆尺寸和利用场景的限定，成熟度没有硅基高，本钱 较高。
（1）在 905nm 波段，SPAD 的事情电压低，可采取低压电路，价格低廉，灵敏度高， 且后真个处理电路相对 APD 更大略，采取阵列化的办法，探测效果逐步可以媲美甚 至超越 APD，随着 SPAD 阵列的规模不断做大，该产品路线已经日益成为玩家们首 选。
（2）在 1550nm 波段，铟磷半导系统编制备难度高导致铟镓砷 SPAD 产品不成熟，厂商 常日利用线性 APD 或者线性 APD 阵列作为探测元件，本钱较高。
吸收端老牌玩家上风显著，国产替代逐步推进。在探测器领域，市场上紧张玩家有 老牌的滨松、安森美、索尼等，而传统相机生产商佳能等亦跃跃欲试。外洋玩家在光 学传感器领域具备深厚的积累，在设计、工艺上具有显著上风，对高像素大面积光学 传感器阵列的生产履历丰富，索尼在 2021 年 CES 展出了名为 IMX459 的 SPAD 激 光雷达传感器，将像素数量推升至 11 万，远超现有产品，此外该产品采取双层电路， 将每个逻辑测距电路与单独的 SPAD 像素链接，传感器可以直接输出深度数据，大 幅提高相应速率。而滨松作为传统激光雷达传感器龙头，无论产品性能还是种类均 有显著上风。
我们估量激光传感器领域，老牌外洋长厂商仍将保持领先地位。而海内 公司目前也逐渐遇上，厂商如灵明光子、南京芯视界、阜时科技等已经有成熟化的产 品推出，并开始获取订单。此外由于激光雷杀青长的韶光较短，市场上成熟的车规级 产品有限，部分激光雷达厂商根据自身的需求定制化生产阵列化、集成化的 APD 和 SPAD 产品，未来一段韶光，吸收模块无疑仍将是激光雷达厂商高度重视的领域，技 术和产品均将不断迭代。
1.5、 光学元件：最随意马虎国产替代的部分
产品不可或缺，目前已经基本实现国产替代。在激光雷达中，常日须要光学元器件， 激光雷达常日利用半导体激光器，而半导体激光器发射的光束常日须要进行光学整 形、分束等步骤，形成激光雷达所需的光斑，同时在激光的吸收端也须要透镜、反射 镜等实现光的网络。而在转镜方案中，转镜本身亦是主要的光学元器件，其质量影响 着全体激光雷达的扫描和探测效果。
此外，由于环境光的光谱较为繁芜，常日须要窄 带滤光片将激光雷达所发射波长以外的光过滤掉，以减少激光雷达受到的滋扰，提 升信噪比。目前，超窄带滤光片生产哀求较高，环球高等精密光学办理方案龙头 Viavi 等产品性能精良，海内永新光学等公司亦有布局。激光光束整形、透镜、以及转镜等 光学元器件，目前海内有较为成熟的供应商，企业如炬光科技、舜宇光学、腾景科技、 蓝特光学、福晶科技、天孚通信、水晶光电等均能供应达到量产需求的产品，并且仍 然在不断导入。（报告来源：未来智库）
1.6、 处理芯片：仿照、打算并存，集成化为终极趋势
激光雷达中仿照、数字芯片并存，未来有望集成到单个 ASIC 或者 SOC 中。旗子暗记处 理芯片方面，常日的架构下有仿照芯片和数字芯片（主控芯片）两类。仿照芯片紧张 用于收发轫，常日发射端每个激光器须要链接一个驱动器实现激光的脉冲式发射和 编码。吸收端根据探测器种类不同须要利用不同的芯片，紧张卖力激光雷达中光电 旗子暗记转变、电旗子暗记实时处理等功能，包含仿照旗子暗记放大器（TIA）、数模转换器、时 间数字转换器等。
终极主控芯片完成光电的处理进而输出点云旗子暗记，该过程常日采 用 FPGA 来实现，亦可通过 MCU、DSP 等模块来实现。供应商方面，仿照芯片的紧张供应商有 ADI（亚德诺半导体）、TI（德州仪器）等，海内圣邦微电子、矽力杰等 亦具备供货实力。MCU 主流供应商有瑞萨、英飞凌等，DSP 主流供应商包含德州仪 器、亚德诺半导体等。由于激光雷达仿照芯片技能难度相对有限，且厂商之间尚无统 一的设计标准，因此考虑到适用性和降本需求，浩瀚激光雷达厂商开始自研 ASIC 或 SOC 芯片将以上功能集成到单个芯片中。
1.7、 扫描波长：905nm 为主，1550nm 潜力大
905nm 大略实惠运用广，1550nm 性能强劲价格高，两者估量将长期共存。选择激光 波长须要考虑到以下几点：功率问题，常日由其对人眼的安全性决定；外界光的滋扰 情形；激光器本身的制备难度和本钱问题等。目前 905nm 具有成熟的供应链体系和 低廉的本钱成为当前激光雷达路线的主流，1550nm 波长具有性能上风发展潜力大。
（1）人眼安全： 905nm 波长的激光靠近可见光，可穿透人眼的透明部分直达视网 膜，这期间人眼屈光介质能将入射光束汇聚成极小的光斑，灼伤风险大。而 1550nm 激光在经由人眼角膜等部分就被大量接管，不会触及视网膜。据高工智能汽车数据， 1550nm 波长的激光在同等人眼安全哀求下，可以采取比 905nm 激光雷达高 40 倍以 上的发射功率，进而大幅提升探测间隔。图达通、Luminar、Aeye、一径科技等采取 1550nm 方案的公司，旗舰产品探测间隔常日在 200 米以上，最远乃至达到 500 米以 上，而采取 905nm 激光方案的产品探测间隔常日在 150-200 米以下。
（2）抗滋扰性：1550nm 所在的波段太阳辐射强度相对较弱，同等条件下面临的光 滋扰较 905nm 更小，可得到更好的探测效果。
（3）硅光芯片适配度：1550nm 激光可在硅基介质中传播，是光通信中最常见的一 种波长，可完美的与硅光产品合营，更随意马虎实现芯片化。
（4）本钱和生产效率：1550nm 须采取光纤激光器来提升光束质量和功率（种子源、 泵浦源、掺铒光纤等构成）。比较 905nm 激光器可直接采取半导体激光芯片耦合封装 制备，1550nm 光纤激光器构造繁芜。在吸收端，1550nm 波段的激光须要采取昂贵 的铟镓砷等材料的探测器。且 1550nm 光纤激光器供应链成熟度仍旧不高，产品良率 也仍需提升。导致其整体本钱远高于 905nm 激光器，这也是制约 1550nm 激光上车 的紧张缘故原由。
2、 玩家致力于打造六边形战士，家当路径逐渐明晰
2.1、 性能、本钱、车规哀求是激光雷达追求的终极目标
性能、本钱、知足车规哀求是激光雷杀青长的核心要素。核心性能上，探测间隔、视 场角、扫描帧率、丈量精度、点云规整度都是考量的主要成分。由于激光雷达本身就 是为了填补摄像头在特定条件下探测效果的不敷，因此须要让激光雷达在面对低反 射率、眇小的物体（如轮胎、雪糕筒等障碍物）的时候具有较好的探测能力，同时在 探测间隔和精度上也要达到远超摄像头的效果。本钱方面，大量上车的条件是将成 本做低。这部分分为人工本钱和物料本钱，取决于厂商的技能路线选择和量产能力 的高低。此外更加主要的指标是车规级的哀求，汽车的事情环境恶劣，稳定性哀求 高，这也是激光雷达面临的核心寻衅之一。
各大厂商权衡利弊以生产出各方面性能都及其精良的“六边形全能战士”。实际情形 中，收发元件、测距办法、扫描办法、激光波长平分歧领域的不同技能方案各有利害， 为了知足前述三大方面的哀求，激光雷达终极路线的选择常日是对各种路线本身特 点的取舍和平衡。比如 MEMS 办法最大的瓶颈在于：视场角小以及稳定性难以担保。
厂商们则通过采取多个激光器、激光扩束、乃至多个 MEMS 拼接等办法办理以上问 题，与之相伴，本钱也会被推高，但由于 MEMS 振镜可以采取半导体工艺规模化生 产降本，故整体本钱仍旧可控。再如 OPA 办法目前的瓶颈在于 OPA 芯片性能难以提 升，一个主要的缘故原由是薄弱的光栅芯片难以承受大功率激光的照射。而 FMCW 测距 办法通过发射极小功率的激光即可以知足高精度测距的哀求，此外 FMCW 激光调制 技能以及硅光芯片制备技能和 OPA 芯片高度相似，因此常日 OPA 将和 FMCW 以组 合的办法涌如今激光雷达方案中。车企致力于打造各方面性能均极其精良的“六边 形战士”，但实际上哪个技能路线能走出来目前均未可知，不雅观察整车厂定点情形或为 较好的办法。
2.2、 转镜和 MEMS 路线将成为一段期间内的主流，FMCW+OPA 面向 星辰大海有望成为激光雷达的结局
车规、本钱、性能综合考虑，中短期内长间隔激光雷达将以转镜和 MEMS 路线为主， Flash 激光雷达用于近间隔补盲，而远期 FMCW+OPA 或将成为终极方案。家当发展不会一挥而就，技能路线也不会始终处于发散状态，到某个时点随着家当链的收 敛，技能路线终极会走向统一。就投资而言我们认为应该把握节奏，以量产配套为依 据。当前，OPA+FMCW 尚且迢遥，MEMS/转镜家当链和 Flash 家当链已经得到诸多 订单，且技能水平仍旧不断精进，有望在一段韶光内出身足够的投资机会，值得积极 关注。
中短期：以当前量产产品以及配套定点来看，转镜产品已经一马当先率先上车，法雷 奥的 Sacla1 和 Scala2 早已分别搭载于奥迪 A8、奔驰 S 级轿车，据太平洋汽车网统 计，Scala 系列激光雷达出货量已经超过 15 万件。龙头激光雷达厂商中，华为、图达 通、禾赛科技、Luminar 等公司均有采取转镜办法的激光雷达，目前已经获取浩瀚定 点。MEMS 由于微振镜扫描速率远高于转镜，同时半导体工艺规模化生产下 MEMS 振镜具有较高的降本潜力，成为后起之秀。据汽车之心描述，采取 MEMS 方案的速 腾聚创已经得到威马、小鹏、广汽等 40 多家车企的定点，产品将于 2022 年开始量 产。
此外 MEMS 厂商一径科技凭借 1550nm 激光+MEMS 的技能路线，可实现超远 间隔测距，目前亦呈现较好的发展态势，得到英特尔、小鹏、百度、国汽智联等资方 青睐，并得到元戎启行等公司定点。Flash 激光雷达由于易过车规、技能成熟、价格 低廉，则适宜作为补盲产品搭配远间隔激光雷达利用，目前大陆集团可自行生产 3D Flash 激光雷达 HF110，同时投资 MEMS 激光雷达厂商 Aeye 形成远近一体办理方案 能力。
远期：OPA+FMCW 的办法由于其采取整体芯片化的生产模式，收发、扫描乃至打算 模块都可集成至单个硅光芯片上，纯固态可以知足车规级哀求，芯片化生产可以大 幅降落本钱，同时在性能年夜将打破现有固态、半固态激光雷达的极限，在探测间隔、 抗滋扰、扫描帧率上有质的飞跃，乃至可以实现同时追踪百个目标等功能，家当学术 界共同发力下，我们认为或将成为激光雷达的结局。
2.3、 1550 办理激光雷达间隔恐怖症，有关供应商有望迎机会
目前激光雷达以 905nm 为主，未来 1550nm 激光雷达份额有望扩大。1550nm 波长 的激光有几大明显的上风：
（1）探测间隔远。激光雷达探测间隔的提升无非采取三 种办法：提升激光器发射功率、提升探测器灵敏度、采取 FMCW 办法更换 TOF。由 于 905nm 受制于人眼安全限定，发射功率有限，而部分情形下其该波长下返回的激 光会被背景光淹没，除非大幅提升探测器灵敏度，否则很难进一步提升探测间隔，而 采取 1550nm 波长激光提升发射功率是最有效的方案之一；
（2）FMCW 测距办法下 1550nm 波段激光办理方案更成熟。光通信领域已经利用 1550nm 激光多年，收发、调制等零部件供应链成熟。
（3）1550nm 激光可以在硅波导中传播，便于硅光芯片集 成。无论 FMCW 还是 TOF 未来都将走向硅光集成，常日情形下 1550nm 更适宜于在 硅光领域利用。而目前制约 1550nm 波长激光的紧张成分在于激光器构造繁芜、价格 高，未来规模有效扩大后有望逐步低落，该领域国产供应商繁多，有望带来较大的投 资机会。
（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需利用干系信息，请参阅报告原文。）
精选报告来源：【未来智库】。未来智库 - 官方网站
