在去年8月底發(fā)布的《什么是激光雷達(dá)的“發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)”？一文講透行業(yè)技術(shù)壁壘》一文中，九章智駕曾提出：激光雷達(dá)真正的壁壘在于激光收發(fā)系統(tǒng)，而不是“機(jī)械旋轉(zhuǎn)”“半固態(tài)”“轉(zhuǎn)鏡”“棱鏡”“MEMS”這些詞語所代表的掃描系統(tǒng)。

隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)逐步進(jìn)入深水區(qū)，“機(jī)械旋轉(zhuǎn)”“半固態(tài)”“轉(zhuǎn)鏡”“棱鏡”“MEMS”這些圍繞著掃描方式做文章的詞匯已經(jīng)沒有多少新意，甚至也無法引起別人參與討論的興趣。激光的發(fā)射與接收系統(tǒng)，正在成為市場(chǎng)新的關(guān)注點(diǎn)。

根據(jù)系統(tǒng)集成度的不同，已進(jìn)入量產(chǎn)階段的TOF激光雷達(dá)的激光發(fā)射系統(tǒng)可分為EEL與VCSEL，接收系統(tǒng)可分為APD與SPAD；而根據(jù)光源波長(zhǎng)的不同，激光收發(fā)系統(tǒng)則主要分為905與1550兩個(gè)大類。因?yàn)橛|及“人眼安全”“探測(cè)距離”“功耗”“成本”等關(guān)鍵點(diǎn)，905與1550這個(gè)分類值得拿出來討論一番。

905nm和1550nm都是光的波長(zhǎng)，每一種波長(zhǎng)都有其特性，比如收的特性、發(fā)的特性、被干擾的特性、對(duì)人眼影響的特性等，其實(shí)本身并沒有優(yōu)劣之分，但在應(yīng)用到激光雷達(dá)產(chǎn)品中時(shí)，在不同側(cè)面會(huì)呈現(xiàn)出各自的“優(yōu)劣勢(shì)”。

當(dāng)前，905與1550激光雷達(dá)均有產(chǎn)品開始進(jìn)入量產(chǎn)交付階段，究竟哪種技術(shù)路線“更好”，激光雷達(dá)廠商們自然是各執(zhí)一詞，并且，若只從某個(gè)單一角度看，廠商們的說法往往也“絕對(duì)真實(shí)”，但據(jù)某激光雷達(dá)廠商負(fù)責(zé)人的說法，“車企現(xiàn)在對(duì)905和1550都不是特別滿意”。

站在第三方的角度，簡(jiǎn)單輕率地說“誰比誰牛逼”這樣的話是毫不負(fù)責(zé)任的，與此相比，更有意義的是，通過層層抽絲剝繭，澄清很多誤解和疑問。

為進(jìn)一步探明“真相”，在這篇文章撰寫的過程中， 九章智駕既采訪了多家以905激光雷達(dá)為主的廠商，也采訪了三家專注于1550激光的廠商，采訪總?cè)藬?shù)超過15人。本文事實(shí)上已成為兩派力量的“辯論平臺(tái)”。

為避免任何一條技術(shù)路線被個(gè)別受訪對(duì)象“夾帶私貨”的言論誤傷，當(dāng)然也為了避免自己被任何受訪對(duì)象的“一面之詞”誤導(dǎo)，筆者已將文章初稿交給多家不同技術(shù)路線的激光雷達(dá)廠商確認(rèn)，這不僅給了“被攻擊對(duì)象”一次“申辯的機(jī)會(huì)”，也使文章內(nèi)容最大程度地接近客觀。

注一：在FMCW中，1550是比905更好的選擇，這個(gè)已成為業(yè)內(nèi)的共識(shí)，因此，本文后續(xù)對(duì)1550與905的對(duì)比，特指在TOF的技術(shù)路線下。

注二：本文的采訪對(duì)象包括但不限于禾賽技術(shù)負(fù)責(zé)人、圖達(dá)通CEO鮑君威、昂納科技車載業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人黨娜、萬集激光雷達(dá)總工程師胡攀攀、老鷹半導(dǎo)體梁仁瓅、阜時(shí)科技董事長(zhǎng)助理王李子?xùn)|、Ouster中國(guó)區(qū)市場(chǎng)總監(jiān)劉志剛、濱松光子學(xué)吳佳哲、縱慧芯光業(yè)務(wù)經(jīng)理黃鑫峰、先特科技李丹、映迅芯光劉紹東、光通信領(lǐng)域?qū)＜铱飮?guó)華等。

注三：在一些地方，本文只是引用某一位受訪者的觀點(diǎn)，但該觀點(diǎn)未必能得到其他受訪者的同意，甚至?xí)嬖谄渌茉L者“完全不同意”的情況。同樣，在一些情況下，筆者認(rèn)為多數(shù)受訪者已就某個(gè)觀點(diǎn)“達(dá)成共識(shí)”，因而并未注明該觀點(diǎn)的具體出處，對(duì)這樣的觀點(diǎn)，依然存在一些受訪者“完全不同意”的可能性。

一.1550的優(yōu)勢(shì)，不止于“探測(cè)距離”

提起1550激光雷達(dá)，大家的第一反應(yīng)是，跟905相比，1550最明顯的優(yōu)勢(shì)是可在確保人眼安全的前提下以更高的發(fā)光功率工作，因而可實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的探測(cè)距離。

圖達(dá)通CEO鮑君威認(rèn)為，對(duì)車輛安全而言，激光雷達(dá)的探測(cè)距離達(dá)到250米是“及格線”，但在當(dāng)前，“只有1550才能達(dá)到這個(gè)水平”。

鮑君威說：

“通常，大家在討論激光雷達(dá)的探測(cè)距離時(shí)，都是針對(duì)反射率為10%的目標(biāo)物而言，但實(shí)際上，在一些極端情況下，反射率為5%的小目標(biāo)物也應(yīng)當(dāng)被看見——不僅要看得見，而且還不能只是一個(gè)點(diǎn)。”

“根據(jù)我們和一些客戶的實(shí)測(cè)結(jié)果，雖然一些905nm激光雷達(dá)針對(duì)10%反射率的非常大的靶標(biāo)的探測(cè)距離為150米，對(duì)于比較暗的5%的大靶標(biāo)探測(cè)距離大約100米，但是由于發(fā)散角等原因，它針對(duì)5%反射率的小目標(biāo)物的探測(cè)距離就只有40米左右。而圖達(dá)通的1550激光雷達(dá)，已針對(duì)反射率為5%、20-30cm大小的目標(biāo)物做過大量測(cè)試。”

那么，除此之外呢？

回答這個(gè)問題之前，我們需要先普及一個(gè)極容易被忽略的基礎(chǔ)知識(shí)——1550波段在激光雷達(dá)領(lǐng)域的應(yīng)用要早于905，如高端測(cè)繪領(lǐng)域用的激光雷達(dá)，就是1550的，而這在二三十年前就開始了。

而高端測(cè)繪領(lǐng)域之所以更偏向于采用1550，最關(guān)鍵的因素并不是“探測(cè)距離”，而是1550的光束發(fā)散角比905小得多。

發(fā)散角大，意味著光束傳播越遠(yuǎn)，光斑越大，進(jìn)而可能會(huì)導(dǎo)致光束照在遠(yuǎn)處小物體上后返回的能量不夠大，從而導(dǎo)致測(cè)不到。其次，也會(huì)影響復(fù)雜場(chǎng)景下的點(diǎn)云精度，如果光斑大到同時(shí)打到前后兩個(gè)相隔很近的物體，并在激光雷達(dá)內(nèi)部無法解碼區(qū)分這兩個(gè)物體，那可能會(huì)在兩個(gè)物體中間形成一個(gè)“假點(diǎn)”；遇到斑馬線或者棋盤格這種高低相隔的物體，甚至?xí)y(cè)出來“波浪線”。

據(jù)禾賽技術(shù)負(fù)責(zé)人解釋，905激光器的發(fā)光面有幾百微米，而1550光纖激光器的發(fā)光面只有10微米左右，發(fā)光面越小，光斑的遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角就可以抑制得越小。這意味著，與905相比，1550在激光發(fā)散角層面，可以對(duì)遠(yuǎn)距離的小物體有更好的測(cè)量。

此外，許多公司認(rèn)為，1550的抗干擾能力要比905強(qiáng)許多。

1550為光纖激光器，光能量是集中到很細(xì)的單膜光纖激光器的波形頭里發(fā)出來的，這樣發(fā)出來的光能力密度高，亮度是極高的。激光雷達(dá)發(fā)出的光需要在亮度上壓倒外部的其他光源，才能抵抗后者的干擾，因而，1550光纖激光器發(fā)出的光在亮度上相比于905優(yōu)勢(shì)，也意味其抗陽(yáng)光等干擾的能力更強(qiáng)。

不過，禾賽方面稱，這個(gè)觀點(diǎn)是片面的，是否抗環(huán)境光干擾主要還是由探測(cè)器大小來決定，因此不能得出“1550抗干擾更強(qiáng)”的結(jié)論。

二．1550“容易被水吸收”的問題有解嗎？

先上答案：這個(gè)問題客觀存在，無解，但并不算嚴(yán)重。

去年9月份，在筆者調(diào)研FMCW公司時(shí)，多數(shù)廠商都提到，1550納米的光波很容易被水霧吸收（幾毫米厚的水層就可以把1550納米激光的能量全部吸收，在光通信領(lǐng)域中的專業(yè)名詞是“水空吸收”），難以被反射回來，因而在雨天難以正常工作。

當(dāng)時(shí)，一位不愿具名的FMCW激光雷達(dá)公司創(chuàng)始人說：

“我們?nèi)ψ拥娜硕际潜犞劬φf瞎話，說什么1550‘穿透能力好、抗干擾能力強(qiáng)’。我做過測(cè)試，往墻上潑水，在1550激光雷達(dá)的眼里，墻是黑乎乎的一片，水流下來之后就好了。

“多次實(shí)驗(yàn)表明，只要遇上兩毫米的水薄膜，我們的1550激光雷達(dá)就瞎了。這個(gè)問題是無解的。因此，1550激光雷達(dá)只能在陰天、晴天和小雨天用，大雨天就用不了。”

與此同時(shí)，某TOF激光雷達(dá)廠商負(fù)責(zé)人也說，1550對(duì)人眼安全影響小的原因正是它容易被液態(tài)水吸收——激光還沒有打到視網(wǎng)膜，就被眼球里面的水給吸收了；而容易被液態(tài)水吸收，確實(shí)也會(huì)導(dǎo)致，在地面車道線上有水的情況下，使用1550納米激光器的激光雷達(dá)就測(cè)不了，或者是探測(cè)能力下降。

不過，某商用車無人駕駛公司技術(shù)VP的說法是：1550激光雷達(dá)并不是在遇到雨水時(shí)就“看不見了”，只是在被吸收一部分能量后，探測(cè)距離會(huì)變短。

按某1550激光雷達(dá)廠商人士的說法，1550容易被水吸收的問題，是可以通過將激光器的功率提高來克服的，“你被吸水，衰減了一半，那我把功率提高一倍就行了”。不過，功率提高往往也同時(shí)意味著散熱難度加大、可靠性降低、壽命縮短。

昂納車載激光雷達(dá)負(fù)責(zé)人黨娜認(rèn)為，提高功率這一做法并不合算，“比如你將發(fā)射功率提高了10W，但反射回來的信號(hào)，跟你把發(fā)射功率增加了1W沒啥區(qū)別，相當(dāng)于‘產(chǎn)出的增加與投入的增加不成正比例’，因而不會(huì)產(chǎn)生多大的效果。”

為什么呢？黨娜說：1550波段它的特性就是會(huì)被水吸收，因此，哪怕你把功率提高了，發(fā)出去的光波大部分還是無法逃開被水吸收的“命運(yùn)”。

禾賽技術(shù)負(fù)責(zé)人也說：提高激光發(fā)射功率，被水吸收的問題會(huì)有一定改善，但這個(gè)是治標(biāo)不治本，“水的吸收能力是很強(qiáng)的，幾毫米厚的水，就可以吸收掉1550 90%以上的光能量。”

萬集激光雷達(dá)總工程師胡攀攀博士認(rèn)為，提升功率只是一方面，還有信號(hào)處理的一些策略和算法都可以提升一些。“但是對(duì)于極端的大霧和瓢潑大雨來說，無論如何也提升不了。”

不過，在圖達(dá)通CEO鮑君威看來，1550被水吸收的問題，是被過分夸大了，實(shí)際上，這并不算是一個(gè)多么嚴(yán)重的問題。

鮑君威說：

雨水可分為“雨點(diǎn)”和呈片狀的“水簾”或“水灘”兩種，其中，“雨點(diǎn)”基本不具備完全屏蔽1550光波的能力（一方面，在正常雨天激光光束打到雨點(diǎn)上的概率并沒有那么高；另一方面，光斑遠(yuǎn)大于毫米大小的雨滴），只有成片狀的“水簾”或“水灘”才可以吸收。

然而，通常，前視激光雷達(dá)遇到的“雨水”都是在空中的“雨點(diǎn)”，很少有情形是前方的雨水是像瀑布一樣傾斜而下的“水簾狀”。在雨大到被探測(cè)物體整個(gè)表面有厚達(dá)2毫米的水“瀑布”的情況下，人也沒法按照正常速度開車了，指望自動(dòng)駕駛在幾年內(nèi)就能夠完美處理好這種工況，也不太現(xiàn)實(shí)。

地面上成片的雨水即“水灘”確實(shí)避免麻煩，但不止是1550，遇到這種雨水，905同樣也會(huì)“被致盲”。

黨娜也持類似的觀點(diǎn)。“面對(duì)前向的雨水，1550跟905沒有多大區(qū)別。”

三．1550“散熱難”的問題有解嗎？

1550的探測(cè)距離比905長(zhǎng)，是以更高的發(fā)光功率為代價(jià)的。如905的典型功耗在20W左右，而1550的典型功耗則在30W以上。高功率便意味著高功耗，甚至意味著散熱更難。由于散熱問題并不好處理，主機(jī)廠希望由Tier 1來解決，而Tier 1則希望由激光雷達(dá)廠商自己來解決。

1.1550的電光轉(zhuǎn)換效率更低

諸多受訪專家都指出，如果把功率控制到跟905同等的水平，1550在探測(cè)距離上并無優(yōu)勢(shì)，甚至還不如905。因?yàn)椋傮w上，1550的電光轉(zhuǎn)換效率比905低。

據(jù)禾賽提供的數(shù)據(jù)，905的VCSEL激光器的電光轉(zhuǎn)化效率在消費(fèi)類電子里面可能達(dá)到40%，在激光雷達(dá)里面為可以達(dá)到接近20%，而1550的電光轉(zhuǎn)換效率則只有10%出頭。

所謂“電光轉(zhuǎn)換效率”，指激光雷達(dá)將電能轉(zhuǎn)換為光波的效率。這個(gè)轉(zhuǎn)換的過程中，會(huì)發(fā)生一定程度的能量損耗，而損耗的多少，便決定了電光轉(zhuǎn)換效率的高低。

據(jù)匡國(guó)華解釋，光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，則其每一個(gè)光子的能量越低，相應(yīng)地，載流子吸收也會(huì)比較多，而載離子吸收多則意味著損耗很大，因此，1550的能量效率天然就沒有905高。

此外，匡國(guó)華、禾賽技術(shù)負(fù)責(zé)人、鮑君威、胡攀攀及黨娜等人都指出，905用的是半導(dǎo)體激光器，而1550采用的則是光纖激光器，這兩種激光器在原理上的差異也影響到了電光轉(zhuǎn)換效率。

簡(jiǎn)單地說，半導(dǎo)體激光器的發(fā)光機(jī)理是粒子在導(dǎo)帶和價(jià)帶之間躍遷產(chǎn)生光子，直接實(shí)現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換；而光纖激光器有一個(gè)種子激光器（仍然為半導(dǎo)體激光器），先把電轉(zhuǎn)化成1550納米的種子光脈沖，還有一個(gè)大功率的940/980納米泵浦激光器打到增益光纖作為增益介質(zhì)，將種子光給放大，因而多了一個(gè)“光光轉(zhuǎn)換”的過程，這個(gè)過程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生能量損耗。

光纖激光器系統(tǒng)比較復(fù)雜，如泵浦激光器的電光轉(zhuǎn)換效率大概是40%，之后光纖放大過程的轉(zhuǎn)化效率有可能是30%多，這兩個(gè)乘積累積起來看，電光轉(zhuǎn)換效率便只有12%左右了。禾賽表示：“在工業(yè)界，光纖激光器的電光轉(zhuǎn)換效率，大概都只有10%出頭。”

萬集胡攀攀博士說：

“綜合來看，905nm激光器的電光轉(zhuǎn)換效率肯定更高，因?yàn)橄鄬?duì)光纖激光器來說少了一個(gè)光纖耦合和放大的過程。半導(dǎo)體激光器的電光轉(zhuǎn)換效率依賴整個(gè)材料和半導(dǎo)體工藝的水平的發(fā)展，光纖激光器的光電轉(zhuǎn)換效率更依賴于耦合工藝和光纖放大器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，以及特種光纖的材料性能的提升。”

那么，1550可否做成半導(dǎo)體激光器，省掉“光纖耦合放大”的過程呢？也可以，但據(jù)黨娜的說法，如此一來，就只有種子激光器了，那其發(fā)光功率就遠(yuǎn)弱于905了，相應(yīng)地，探測(cè)距離也遠(yuǎn)不如905了。

2.一個(gè)間接原因：1550的激光器數(shù)量太少

在禾賽的905+VCSEL激光雷達(dá)中，激光器的數(shù)量往往跟“線數(shù)”有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，如128線就有128個(gè)激光器，而從公開信息可知，Luminar的1550激光雷達(dá)盡管號(hào)稱640線，但只用了1顆激光器，也有一些1550激光雷達(dá)上用了2顆激光器。

據(jù)禾賽方面的說法，由于整臺(tái)機(jī)器只有1-2個(gè)激光器，為了實(shí)現(xiàn)“128線”“640線”的效果，1550激光雷達(dá)掃描部件的機(jī)械運(yùn)動(dòng)頻率自然要遠(yuǎn)超那些有許多顆激光器的905激光雷達(dá)，這樣，掃描鏡的口徑便需要做得特別小才行。如此一來，接收光子便比較難，而為了降低接收光子的難度（即提高光接收效率），便只能提高發(fā)射端的功率了。

黨娜亦持類似觀點(diǎn)。

不過，胡攀攀博士的說法則是：

“如果是同軸光路，這個(gè)說法是對(duì)的，但如果采用的是非同軸光路，就不一定了——可以單獨(dú)將接收口徑做大一些。同軸光路與非同軸光路的區(qū)別就是光路設(shè)計(jì)不一樣，非同軸光路可以通過增加接收視場(chǎng)來提升探測(cè)效率。”

上面提到，只有1-2個(gè)激光器，也是1550被迫在更高功率下工作的間接原因，那么，1550有沒有可能如禾賽128一樣，“有多少線，就有多少個(gè)激光器”呢？

答案是：無論從成本的角度，還是技術(shù)工程的角度看，均不可行。

首先，1550半導(dǎo)體激光器的成本通常在905半導(dǎo)體激光器的數(shù)倍，如果高線的1550激光雷達(dá)采用跟905同樣數(shù)量的激光器，在成本上就吃不消。

其次，技術(shù)工程層面，光纖激光器體積大、功耗高，如果采用很多激光器，不僅集成難度會(huì)特別大，而且還會(huì)導(dǎo)致激光雷達(dá)整機(jī)的體積過大，因而無法安裝至整車。

3.另一個(gè)間接原因：探測(cè)端

激光雷達(dá)是一個(gè)系統(tǒng)工程，因此，功耗不僅受制于激光發(fā)射端，也受制于探測(cè)端。

當(dāng)前，905的探測(cè)端目前已經(jīng)有成熟的單光子探測(cè)器了（僅需幾個(gè)光子即可探測(cè)），就是硅基材料的SPAD，而1550的探測(cè)端采用的則是銦鎵砷，銦鎵砷的感光靈敏度要比硅基材料低不少（需要上百個(gè)光子才能探測(cè)），因此，為了實(shí)現(xiàn)比較長(zhǎng)的探測(cè)距離，發(fā)射端的功率自然要比905高許多才行。

綜合以上三點(diǎn)的分析看，1550激光器功耗高、散熱難這個(gè)問題基本上是無解的，因而，功耗也無法降低至跟905同等的水平。

四．單激光器方案&多激光器方案

上一小節(jié)提到，905的VCSEL可以“有多少線，就有多少個(gè)激光器”，而1550普遍只有1-2個(gè)激光器，并且，在短期內(nèi)，1550也不大可能做出多激光器方案。

鮑君威等1550廠商的人士認(rèn)為，1550nm光纖激光器本身就具備更高的脈沖功率和重復(fù)頻率，只需要一個(gè)激光收發(fā)裝置就可以完成高重頻的探測(cè)。

不過，有905激光雷達(dá)廠商指出，1550在更高的脈沖功率和重復(fù)頻率下工作，會(huì)有如下兩個(gè)弊端：

每個(gè)點(diǎn)的功率大幅提高的代價(jià)，就是1550無法做到和905同樣多的每秒點(diǎn)云數(shù)量，進(jìn)而會(huì)影響分辨率。

為了做大FOV和點(diǎn)云數(shù)，單一激光器方案基本都采用二維轉(zhuǎn)鏡，這導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)比多激光器方案（通常采用一維轉(zhuǎn)鏡）復(fù)雜得多，相應(yīng)地，為了保持性能和穩(wěn)定性，所需要投入的研發(fā)成本也更高。

不過，對(duì)一些905激光雷達(dá)廠商所說的單個(gè)1550激光器“工作負(fù)荷過重（是905激光器負(fù)荷的幾倍、幾十倍），會(huì)使其壽命和可靠性、魯棒性受到影響”的問題，鮑君威的回應(yīng)是：目前激光雷達(dá)所需要的負(fù)荷，即使點(diǎn)頻增加十倍以上，對(duì)于1550nm光纖激光器也談不上“負(fù)荷過重”。只要設(shè)計(jì)工藝做得好，這點(diǎn)負(fù)荷根本不是問題。

五．1550可否做成VCSEL芯片方案？

上文反復(fù)提到，1550體積太大，導(dǎo)致激光器數(shù)量上不去，那么，1550可否做成VCSEL芯片（用多個(gè)激光器）方案，實(shí)現(xiàn)跟905同樣高的集成度呢？

先上答案：不行。

禾賽表示：

“不是所有東西想芯片化就能芯片化的，它的一個(gè)必要條件是非芯片化的系統(tǒng)已經(jīng)是個(gè)成熟穩(wěn)定的系統(tǒng)，已經(jīng)經(jīng)過驗(yàn)證，但1550nm系統(tǒng)今天還不夠成熟，可靠性、性能都還沒達(dá)到需求，因而，不大可能實(shí)現(xiàn)芯片化。”

半導(dǎo)體激光芯片根據(jù)諧振腔制造工藝的不同分為EEL（邊發(fā)射激光芯片）和VCSEL（面發(fā)射激光芯片）兩種。EEL是在芯片的兩側(cè)鍍光學(xué)膜形成諧振腔，沿平行于襯底表面發(fā)射激光，而VCSEL是在芯片的上下兩面鍍光學(xué)膜，能夠?qū)崿F(xiàn)垂直于芯片表面發(fā)射激光。VCSEL有低閾值電流、穩(wěn)定單波長(zhǎng)工作、可高頻 調(diào)制、容易二維集成、沒有腔面閾值損傷、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)，但輸出功率及電光效率較邊EEL低。

胡攀攀說，確有一些有研究機(jī)構(gòu)和廠家在做1550的VCSEL，也已經(jīng)有樣品出來了，但功率比較小。

不過，多數(shù)受訪者認(rèn)為，1550不大可能做成VCSEL。

某1550激光雷達(dá)廠商一位研發(fā)人員說：“1550用的是光纖激光器，需要一個(gè)增益光纖放大的過程，其輸出功率遠(yuǎn)高于VCSEL——VCSEL就只是激光二極管，而且大多是陣列形式的空間光直接耦合，沒有放大的過程。”

但據(jù)光通信領(lǐng)域?qū)＜摇⒆悦襟w《光通信女人》運(yùn)營(yíng)者匡國(guó)華的觀點(diǎn)，光纖激光器功率大、體積大，做成VCSEL面發(fā)射會(huì)存在一個(gè)電子電路的限制孔，這會(huì)導(dǎo)致可靠性風(fēng)險(xiǎn)。

此外，匡國(guó)華在寫于2019年的《為什么很少見到1310/1550的VCSEL》一文也對(duì)這個(gè)話題做了詳實(shí)解釋，筆者提煉其核心觀點(diǎn)如下：

VCSEL的諧振腔依靠的是DBR反射鏡，而DBR反射鏡則由折射率有高有低的兩種材料組成（反射鏡的材質(zhì)在VCSEL里邊用的是一樣的——GaAs和AlAs，它只要調(diào)厚度就可以調(diào)整不同波長(zhǎng)的反射）。

要實(shí)現(xiàn)比較高的總反射率，如果兩種材料的折射率差大比較，只需要做比較少的幾層就可以；如果兩種材料的折射率差比較小，則需要做好多層才可以。

摘自《光通信女人》

發(fā)光波長(zhǎng)在850—905的材料（不同配比的AlGaAs）中，相對(duì)容易找到折射率差比較大的兩種材料，而1550波段的磷化銦系材料中，幾種材料之間的折射率差都很小（ 3.21、3.37、3.35）。這意味著，用1550做VCSEL，對(duì)材料的需求量會(huì)比905大得多，這導(dǎo)致成本巨高。

圖片摘自《光通信女人》

此外，幾種1550材料（銦鎵砷或鋁鎵銦砷）的導(dǎo)熱率也遠(yuǎn)低于905材料，如果做成VCSEL，容易“一上電就燒”。

這個(gè)怎么理解？如果選擇1550的話，它的發(fā)光材料就不能用砷化鎵系列的了，他要用銦磷系列的用銦鎵砷或鋁鎵銦砷。但銦鎵砷的的折射率差非常小，不太適合做DBR，如果要做的話，因?yàn)檎凵渎什畋容^小，所以它單層的反射率是比較低的，它需要疊加非常多的層，才能夠達(dá)到接近100%的一個(gè)反射率。也就是說，用銦鎵砷材料來配合1550的增益層做反射層的話，那么它的熱就很難來。

據(jù)某激光雷達(dá)廠商負(fù)責(zé)人說，他們也曾嘗試過1550的VCSEL方案，但發(fā)現(xiàn)“走不通”，就放棄了。

不過，按照鐳神智能董事長(zhǎng)胡小波的說法，1550做成VCSEL“沒有任何意義”，因?yàn)椋?550的光纖激器的光束質(zhì)量是非常好的，我們要用1550的光激光器做光源，主要就是看重光纖激光器的光束質(zhì)量，如果做成VCSEL，那就跟905的半導(dǎo)體激光器沒啥區(qū)別了”。

六．探測(cè)端的提升，1550比905更難

前面說過，1550發(fā)射功率高的一個(gè)原因是探測(cè)端靈敏度比較低，為了實(shí)現(xiàn)比較長(zhǎng)的探測(cè)距離，發(fā)射端自然需要比905更高的功率。這意味著，1550降低功耗的一個(gè)路徑是提高探測(cè)端的靈敏度，這個(gè)設(shè)想是否可行呢？

由于905的硅基探測(cè)器不能吸收1550nm的光，因此，需要拿銦鎵砷材料的探測(cè)器與1550nm的銦鎵砷激光器配對(duì)。鮑君威和黨娜都說，依托光通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，1550的探測(cè)端已經(jīng)很成熟了。黨娜認(rèn)為，接下來的重點(diǎn)，就是爭(zhēng)取將其溫度范圍做大、可靠性提高，使其能更好地滿足車載場(chǎng)景的需求。

不過，現(xiàn)階段，即便拋開良率、成本因素，就探測(cè)效率、響應(yīng)速度、工作溫度范圍幾方面而言，與1550相比，針對(duì)905nm的硅探測(cè)器也具有明顯優(yōu)勢(shì)。

圖片出處：https://www.ledinside.cn/qiye/20211222-51334.html

禾賽認(rèn)為，雖然905激光器的功率最終受到人眼安全的限制，但可以通過提升探測(cè)器的效率來實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的探測(cè)距離。當(dāng)前，主流的905已經(jīng)開始用感光靈敏度更高的SPAD或SPiM取代APD，未來，905在探測(cè)器上的提升主要就是持續(xù)提升單光子的探測(cè)效率。

SPAD或SPiM都是“單光子探測(cè)器”。“單光子探測(cè)器”這個(gè)概念是相對(duì)于光電二極管(如雪崩光電二極管APD)、CMOS image sensor這一類探測(cè)下限在在幾十到幾百個(gè)光子的探測(cè)器而言的。相比于后一類，單光子探測(cè)器的最主要優(yōu)勢(shì)是：感光靈敏度更高。

在解釋探測(cè)效率前，先解釋一下單光子探測(cè)器的工作原理。SPAD和SPiM在本質(zhì)上都是光電二極管（PD），PD通過不斷加大反向電壓，會(huì)進(jìn)入雪崩模式（又稱為“蓋格模式”）。在雪崩模式下，一個(gè)光子入射探測(cè)器，能產(chǎn)生10的6次方增益。所以能達(dá)到單光子探測(cè)的效果。

單光子探測(cè)器的探測(cè)效率是一個(gè)概率性的指標(biāo)，就是說我收到一個(gè)光子，有概率觸發(fā)雪崩，也有概率沒反應(yīng)，比如探測(cè)效率為10%，就是100個(gè)光子進(jìn)來，概率上其中有10個(gè)能夠觸發(fā)雪崩。

探測(cè)效率=量子效率*光子雪崩概率*填充因子。

對(duì)于硅材料的探測(cè)器而言，量子效率基本超過90%；光子雪崩概率跟生產(chǎn)工藝有關(guān)；填充因子，濱松的探測(cè)器超過70%。

據(jù)阜時(shí)科技董事長(zhǎng)助理王李子冬說：“提升探測(cè)效率，一是通過SPAD器件設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)上提高捕捉光子概率，二是材料參雜，工藝層面改善。但這兩者不是立竿見影的，因?yàn)榘殡S著效率提升，噪聲也會(huì)被放大；所以多數(shù)時(shí)候，效率和噪聲要做一個(gè)綜合考慮，并不是效率越高越好，比如日本某大廠，就是噪聲壓制得非常好，即便探測(cè)效率低一點(diǎn)，也不影響什么。”

目前，單光子探測(cè)器的探測(cè)效率在10%左右，即每收到10個(gè)光子會(huì)觸發(fā)一次雪崩。據(jù)禾賽表示，后續(xù)，這個(gè)數(shù)值會(huì)逐步提升到20%、30%。

不過，按禾賽的說法，能享受到成單光子探測(cè)器這一紅利的，主要是905，1550要做成車載環(huán)境下可正常使用的單光子探測(cè)器“難度極大”（目前，1550的探測(cè)端用的主要是PD、APD）。

禾賽表示：

“1550探測(cè)端所用的材料銦鎵砷的噪聲很大，尤其是當(dāng)它做成單光子探測(cè)器的時(shí)候，需要制冷到零下20度以下的溫度，才可以抑制這個(gè)材料自身產(chǎn)生的噪聲。我們很難想象一個(gè)需要制冷到零下20度以下的探測(cè)器在車載環(huán)境下可以生存，這就是為什么現(xiàn)在1550的探測(cè)端很少使用單光子探測(cè)器的原因。”

相比之下，905使用的硅材料單光子探測(cè)器在消費(fèi)類電子領(lǐng)域已被充分驗(yàn)證。

今年4月底，禾賽技術(shù)負(fù)責(zé)人在微信朋友圈發(fā)了一段話，除了提到1550很難做成適合車載環(huán)境的單光子探測(cè)器外，

他還說：

“最終讓我們放棄1550的原因是通過對(duì)未來技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈的研判，我們認(rèn)為幾年后，1550即使在性能上也會(huì)輸給905，而且一旦905性能超越了1550后，之后的差距會(huì)被越拉越大。”

“之后我們將幾乎所有的研發(fā)資源投入了硅基路線，專注于905nm激光雷達(dá)的上游核心零部件及芯片的開發(fā)。”

針對(duì)這一觀點(diǎn)，中國(guó)科學(xué)院某研究員說：

“現(xiàn)代集成電路基本都基于硅工藝，導(dǎo)致硅工藝本身非常發(fā)達(dá)，產(chǎn)業(yè)鏈也要發(fā)達(dá)得多，因此硅基材料的905nm探測(cè)器有非常好的工藝基礎(chǔ)進(jìn)行技術(shù)迭代升級(jí)，以此來改進(jìn)性能、降低成本。同時(shí)，905nm探測(cè)器可以和集成電路直接集成，因而可以直接借助集成電路數(shù)字芯片的運(yùn)算能力來提高性能。”

“905的探測(cè)器基于硅基工藝或者是CMOS工藝，而業(yè)界有個(gè)不成文的經(jīng)驗(yàn)，凡是硅基工藝或者是CMOS工藝能夠夠得著的應(yīng)用場(chǎng)景，都會(huì)逐步被硅基工藝或者是CMOS工藝逐步蠶食掉。”

“想到一個(gè)比喻，硅基工藝遵循摩爾定律幾十年發(fā)展下來，形成了一個(gè)登天的梯子，905nm可以借助這個(gè)梯子發(fā)展，依靠這個(gè)梯子快速爬上去。”

不過，鮑君威認(rèn)為，感光靈敏度高是單光子探測(cè)器的特性，“但這在激光雷達(dá)在實(shí)際自動(dòng)駕駛的應(yīng)用中根據(jù)具體系統(tǒng)設(shè)計(jì)可能并不是優(yōu)勢(shì)所在”。

七．1550有可能應(yīng)用于Flash嗎？

筆者在此前一兩年的采訪中了解到，業(yè)界普遍認(rèn)為，TOF激光雷達(dá)的終局就是Flash，現(xiàn)階段，F(xiàn)lash激光雷達(dá)采用的激光器基本都是905nm的（Ouster采用的是865），那么，在未來，F(xiàn)lash有沒有可能做成1550呢？

鮑君威及Ouster中國(guó)區(qū)市場(chǎng)總監(jiān)劉志剛等人均認(rèn)為，技術(shù)上是可行的，但實(shí)際上并么有必要。其中，鮑君威說這樣成本太高，程正西說這是無人買單的“過度設(shè)計(jì)”，劉志剛認(rèn)為這是“高射炮打蚊子”“1550的發(fā)散角小，光斑質(zhì)量高，非常適合點(diǎn)光源， 但FLASH 是面光源，不需要任何可動(dòng)的掃描器”。

八．生產(chǎn)制造

除了上面所談及的性能、可靠性之外，生產(chǎn)制造是激光雷達(dá)量產(chǎn)交付的關(guān)鍵。

禾賽方面稱：

“對(duì)于905 nm器件，利用CMOS圖像傳感器3000億美元的產(chǎn)業(yè)規(guī)模紅利，可以采用更大晶圓、更小像素尺寸，更重要的是全球有20多家成熟超級(jí)工廠具備這樣的生產(chǎn)工藝；反觀1550 nm器件，所依賴的光通訊產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模遠(yuǎn)不及905，只有前者的百分之一不到，因而生產(chǎn)工藝、制造水平的成長(zhǎng)都受到限制，目前采用的晶圓尺寸更小，像素尺寸遠(yuǎn)低于905。隨著905的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，兩者生產(chǎn)制造方面的差距也只會(huì)更加拉開距離。”

總結(jié)

在被問及“隨著需求量的上升，1550的成本能否下降到接近905的水平呢”這一問題時(shí)，某激光雷達(dá)廠商的人士說：“需求量大了之后，金戒指的價(jià)格會(huì)降低，但無論怎么降，也不可能跟銅戒指一樣便宜啊，原材料的BOM成本在那擺著呢。”但鮑君威的說法是：“這個(gè)要看差價(jià)多少了 –——就像目前很少有人會(huì)為了省幾百人民幣買一臺(tái)黑白屏的智能手機(jī)。”

據(jù)九章智駕了解，盡管多數(shù)激光雷達(dá)廠商都儲(chǔ)備了1550技術(shù)，但他們?nèi)匀徽J(rèn)為，在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間里，905都會(huì)是主流。博世、電裝、法雷奧等傳統(tǒng)Tier 1主推的激光雷達(dá)，都以905為主。當(dāng)然了，鮑君威的說法是：“除了法雷奧因?yàn)楹茉缍ㄐ土耍渌鼛准也⒉皇侵髁骷す饫走_(dá)提供商，而法雷奧的應(yīng)用也算不上成功。”

尤其是，華為在光通信領(lǐng)域里已有深厚積累，被同行認(rèn)為是“最懂1550”，按說，他們會(huì)押注1550，但實(shí)際上，據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露，華為的激光雷達(dá)也以905為主。“他們肯定是做了非常詳盡的比較后才得出這樣的結(jié)論。”

有人說，激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)里60%以上的資金都砸向905了，錢多了，產(chǎn)業(yè)鏈的成熟度就提升得快。

禾賽技術(shù)負(fù)責(zé)人認(rèn)為，在激光雷達(dá)核心三要素里性能、可靠性、成本方面，1550方案皆不如905，因此1550不會(huì)是未來的趨勢(shì)，僅僅是近兩年在單點(diǎn)測(cè)距能力上還有一定優(yōu)勢(shì)的過渡方案。隨著905硅基單光子探測(cè)器性能的進(jìn)一步提升，905相比于1550的優(yōu)勢(shì)會(huì)隨時(shí)間越拉越大。

對(duì)此，鮑君威的觀點(diǎn)是：

“1550nm路線幾年前就可以穩(wěn)定可靠地實(shí)現(xiàn)250米@10%并已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)；未來，其性能進(jìn)一步提高以滿足OEM路線圖上的需求也比較容易。而905nm目前要費(fèi)盡大力氣才達(dá)到150米10%，在犧牲一些自動(dòng)駕駛室外場(chǎng)景的探測(cè)可靠性等重要指標(biāo)后方才達(dá)到200米，其進(jìn)一步提高挑戰(zhàn)會(huì)更大。所以，905落后于1550nm的差距會(huì)逐步拉大。”

當(dāng)然，上述討論都是針對(duì)TOF激光雷達(dá)而言的，等FMCW技術(shù)路線成熟之后，就會(huì)出現(xiàn)905和1550分庭抗禮的局面——因?yàn)椋現(xiàn)CMW有速度維信息，并且在抗干擾方面的能力比TOF強(qiáng)許多，這些都是905的TOF所不具備的優(yōu)勢(shì)，而FMCW天然就是1550。

審核編輯 ：李倩