激光雷达的视场角(FOV)覆盖要求,本质上是由扫描模块来承接的——扫描模块的作用,就是用有限的收发通道去满足尽可能广的覆盖要求。因此,下游场景对 FOV 的要求越宽,就越依赖扫描模块在机械、固态、半固态等形式上做文章,而发射与接收模块的需求结构也随之被牵引:通道数量、光源与探测器的匹配关系,都要围绕这一覆盖目标来配置。从价值量看,发射模块与接收模块在激光雷达物料(BOM)中各占约 30%,明显高于扫描模块,这也是收发两端在产业链中更受关注的原因。

一、FOV 要求如何反向决定收发通道

激光雷达的主要作用是测距,目前主流原理是 ToF,即依据激光来回的时间判断目标与自身之间的距离;下一代技术是 FMCW,通过回波的频率差计算距离,因此不太容易被外界环境干扰(极端天气)。

无论哪种原理,一个发射、一个接收都必不可少。扫描模块在其中"打辅助",用有限的收发通道满足尽可能广的 FOV。这意味着:当某一应用场景要求的覆盖范围更宽时,压力首先落在扫描方式的选择上,而收发通道的数量与排布则需与之匹配——通道是"有限"的约束条件,FOV 是"尽可能广"的目标,两者的平衡点决定了发射与接收模块的具体需求结构。

二、ToF 与 FMCW 对收发模块的差异

两种测距原理对收发两端的需求并不相同:

维度ToF(当前主流)FMCW(下一代)
测距依据激光来回时间回波频率差
抗环境干扰—不易受外界环境干扰(极端天气)
光源波长基础905nm 具备消费电子产业基础1550nm 具备光通信产业基础
探测器匹配905nm 下 SPAD、SiPM 更敏感1550nm 只能用 APD

在光源侧,905nm 与 1550nm 都不易被外界环境吸收,也不会与可见光混淆。1550nm 从探测距离和人眼安全角度更有优势,唯一缺点是贵——其激光器材料用到磷化铟(InP),相比常见的砷化镓(GaAs)成本更高。因此当前行业格局中 905nm 是主流,而 1550nm 的机会更多出现在测距逻辑从 ToF 转向 FMCW 之后,因为 FMCW 广泛运用在光通信领域,这一块用的光源恰恰就是 1550nm,具备产业链基础。

在探测器侧,探测器需与光源相互匹配。受硅材料限制,SiPM(硅光电倍增管)只能探测波长在 1100nm 以下的光子,对 1550nm 光源无能为力,因此 1550nm 只能用 APD(雪崩光二极管);而在 905nm 波长下,更为敏感的 SPAD(单光子雪崩光二极管)与 SiPM 明显更有优势,二者的缺点是容易受到强光干扰。

结构路线上,905nm 下主要有 EEL(边发射激光器)与 VCSEL(垂直腔面发射器)两种。从趋势看 VCSEL 更有可能主导未来产业链:其制作工艺与主流半导体产业更为相近,而 EEL 因侧面发光需在形成晶圆后再切割并处理、镀膜侧面,据 Yole 统计,后道工序成本上 EEL 至少高出 VCSEL 一倍以上;同时 VCSEL 可通过堆叠激光器弥补过去功率较低的缺点。

三、场景差异如何传导至需求结构

不同下游应用场景对 FOV 与通道数的要求存在差异,这种差异会沿着"覆盖要求 → 扫描方式 → 收发通道配置 → 光源与探测器选型"的链条逐级传导。对发射模块而言,关注点在于激光器的波长与集成结构;对接收模块而言,关注点在于探测器与光源波长的匹配关系。两个模块各占 BOM 约 30% 的价值量,意味着场景端的 FOV 取舍,会直接反映在收发两端的器件选型与用量结构上。

常见问题

FOV 覆盖要求为什么由扫描模块来承担?

扫描模块的定位就是"打辅助",用有限的收发通道满足尽可能广的覆盖要求,机械、固态、半固态三种形式主要也是在扫描模块里做文章。因此覆盖范围的实现方式,首先取决于扫描方案的选择。

为什么 1550nm 光源只能用 APD 探测器?

探测器与激光器光源相互匹配。受硅材料限制,SiPM 只能探测波长在 1100nm 以下的光子,对 1550nm 无能为力,所以在 1550nm 这一块探测器只能用 APD。而在 905nm 波长下,SPAD 与 SiPM 更为敏感、更有优势,缺点是容易受强光干扰。

收发模块的价值量在激光雷达中处于什么位置?

从 2021 年激光雷达物料图(BOM)看,发射模块与接收模块占比最高,各占 30%,高于扫描模块。价值量的高低直接导致了估值差异,因此收发这两个模块在二级市场上明显更受欢迎。