在激光雷达的物料清单(BOM)中,发射模块与接收模块各自占据约30%的成本,是技术壁垒最高的核心环节。车载光学企业主要通过在发射端布局VCSEL阵列、在接收端研发高灵敏度SPAD/SiPM探测器,以及优化光学扫描方案来构建竞争力,其中VCSEL因其与主流半导体工艺兼容、成本优势明显而成为主流趋势。

发射模块:VCSEL阵列成为主流方向

激光雷达发射模块的核心是激光器,主流波长以905nm为主(性价比高),未来趋势是采用VCSEL(垂直腔面发射器) 而非EEL(边发射激光器)。VCSEL的制作工艺与主流半导体工艺高度兼容,无需像EEL那样在晶圆切割后对侧面进行额外处理和镀膜——据知名半导体研究机构统计,EEL在后道工序的成本至少高出VCSEL一倍以上。此外,VCSEL可通过堆叠激光器来弥补过去功率较低的不足,华为、禾赛等厂商目前均以VCSEL路线为主。

接收模块:SPAD/SiPM在905nm波长下占优

接收模块的探测器需与激光器波长匹配。在905nm波长下,SPAD(单光子雪崩光二极管)和SiPM(硅光电倍增管) 灵敏度更高,优势明显;而1550nm波长只能使用APD(雪崩光二极管),因为硅材料限制SiPM只能探测1100nm以下的光子。SiPM的缺点是易受强光干扰,但整体上在905nm路线中更具竞争力。

光学扫描方案与竞争焦点

虽然发射和接收模块价值量最高,但扫描模块决定了雷达的机械、固态或半固态形态。车载光学企业的竞争焦点在于:通过VCSEL阵列提升发射功率和集成度通过SPAD/SiPM提升接收灵敏度,同时优化扫描系统的视场角覆盖,以平衡成本与性能。

常见问题

为什么905nm比1550nm更主流?

905nm激光器使用砷化镓(GaAs)材料,成本远低于1550nm所需的磷化铟(InP),且产业链基础来自消费电子领域,性价比更高。1550nm虽然探测距离和人眼安全性更优,但成本较高,目前仅在FMCW等下一代技术中更具潜力。

VCSEL相比EEL的主要优势是什么?

VCSEL的制造工艺与主流半导体工艺完全兼容,无需在晶圆切割后对侧面进行复杂处理,后道工序成本显著低于EEL。同时,VCSEL可通过堆叠形成发射阵列,提升功率,更适合车规级大规模量产。

接收模块中SPAD/SiPM与APD如何选择?

在905nm波长下,SPAD和SiPM灵敏度更高,是主流选择;在1550nm波长下,由于硅材料限制,只能使用APD。车载光学企业通常根据激光雷达的整体波长方案来匹配相应的探测器类型。

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