在车载光学体系中,激光雷达的机械式、半固态与固态三种形式,主要差异集中在扫描模块——其作用是用有限的收发通道满足尽可能广的视场角覆盖。随着扫描方案向固态化演进,收发通道数与视场角之间的成本平衡,将成为重塑上游激光器与探测器供需节奏的关键变量。 由于发射与接收模块在物料成本中各占约30%,是整机价值量占比最高的两个环节,其通道数量与器件结构的变化会被产业链显著放大。
扫描模块决定通道需求
激光雷达的底层测距逻辑目前以ToF为主,下一代技术为FMCW。无论哪种原理,发射与接收都不可或缺,而扫描模块承担的是“打辅助”的角色——用有限的收发通道覆盖尽可能广的视场角。
机械式方案依靠机械装置带动扫描,半固态与固态方案则在扫描模块内部做差异化设计。扫描方式的改变并不直接改变测距原理,但会反向影响发射与接收通道的数量需求:视场角覆盖方式越依赖收发通道本身,上游激光器与探测器的用量与结构就越受牵动。
价值量重心在收发两端
尽管激光雷达以扫描模块命名,但从价值量看,收发模块明显高于扫描模块。在2021年激光雷达物料(BOM)构成中,发射模块与接收模块各占30%,人工调试占25%,机械装置等其他配件占8%,控制模块占5%,其他占2%。
这意味着,收发通道数量的任何变化,都会沿着这条高价值量链路向上游传导,对激光器与探测器的供需节奏产生放大效应。
| 模块 | 占比 |
|---|---|
| 发射模块 | 30% |
| 接收模块 | 30% |
| 人工调试 | 25% |
| 机械装置等其他配件 | 8% |
| 控制模块 | 5% |
| 其他 | 2% |
上游器件的路线选择
在激光器环节,波长与集成程度是两个主要分类维度。905nm与1550nm都不易被外界环境吸收,也不与可见光混淆,且各自背靠消费电子与光通信的产业基础。从探测距离与人眼安全角度,1550nm更有优势,但成本更高——其激光器材料用到磷化铟(InP),相比常见的砷化镓(GaAs)贵出不少;905nm则凭借性价比,在当前行业格局中处于主流地位。
结构上,905nm波长下主要有EEL(边发射激光器)与VCSEL(垂直腔面发射器)两种。VCSEL的制作工艺与主流半导体产业更相近,且可通过堆叠激光器改善功率偏低的问题,被普遍认为更有可能主导未来产业链。
探测器与光源相互匹配: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,无法用于1550nm光源,因此该波长下探测器只能采用APD(雪崩光二极管);而在905nm波长下,更敏感的SPAD(单光子雪崩光二极管)与SiPM更具优势,其缺点是容易受到强光干扰。扫描方案固态化如何改变收发通道数量,进而影响这些器件的供需节奏,仍需结合后续公开数据与实测验证。
常见问题
固态化会减少还是增加收发通道需求?
扫描模块的核心任务是用有限收发通道实现尽可能广的视场角覆盖。扫描方式越固态化,通道数量与视场角之间的取舍关系就越关键,具体增减方向取决于整机方案如何在成本与覆盖之间取得平衡。
为什么收发模块的供需变化影响更大?
因为在2021年激光雷达BOM中,发射模块与接收模块各占30%,是占比最高的两个环节。通道数量或器件结构一旦调整,对上游激光器、探测器的需求拉动会被明显放大。
905nm和1550nm的器件路线会如何分化?
905nm凭借性价比在当前处于主流地位,对应探测器以SPAD、SiPM为主;1550nm在探测距离与人眼安全上更有优势但成本更高,对应探测器只能使用APD,其机会更多与FMCW测距逻辑的推进相关。