大气吸收光谱是全球共享的物理事实,四条传播窗口的筛选不因地域而改变,因此全球激光雷达的波长选型标准高度趋同。车载光学所处的激光雷达零部件赛道中,中国厂商在整机集成与光学元件环节参与度较高,上游光源环节仍有差距。 目前主流方案集中在905nm与1550nm两条波长上,二者均有既有产业基础支撑。
传播窗口:全球共享的选型依据
激光雷达选型的底层依据是大气吸收光谱。根据旧金山州立大学《Absorption Spectra_Atmosphere》整理的数据,大气对电磁波的吸收在不同波段差异显著:0.80微米处吸收率约10%,0.90微米约25%,1.00微米约45%,1.10微米约75%,1.20微米约95%,1.30微米达到100%,1.40微米约90%,1.50微米约70%,1.60微米约50%,1.70微米约30%,1.80微米约15%,1.90微米约5%,2.00微米约2%,2.10微米约1%,2.20微米及以后基本为0。
不被外界环境吸收、又不与可见光混淆的波长只有四条。其中两条具备产业基础:905nm对应消费电子,1550nm对应光通信。这一筛选逻辑不依赖任何单一市场,是全球厂商共同面对的条件。
车载光学零部件的国际分工位置
从产业链环节看,激光雷达零部件分为发射、扫描、接收三个模块。按2021年激光雷达物料清单(BOM)数据,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%。收发模块的价值量明显高于扫描模块,这也是二级市场估值差异的直接原因。
在具体环节上,中国厂商的参与度呈现分层:
- 整机集成:国内激光雷达整机厂多为一级市场明星企业,归属二级市场的相对较少,整体参与度较高。
- 光学元件与结构件:为整机厂配套零部件的公司大多已上市,这类车规级零部件企业长期存在,竞争格局较为分散。
- 上游光源:1550nm激光器在材料中用到磷化铟(InP),相比常见的砷化镓(GaAs)成本更高。按Yole的对比数据,以4寸磷化铟与6寸砷化镓相比,后段工序成本为100%对62%(VCSEL)与58%(EEL),前段工序为40%对28%与25%,外延为25%对18%与8%,衬底为5%对2%与2%;若按相同尺寸比较,差距会更大。这一环节的技术与成本壁垒,是上游光源差距的主要体现。
技术路线趋同下的竞争焦点
当前905nm凭借性价比优势保持主流地位。在905nm波长下,主要有EEL(边发射激光器)与VCSEL(垂直腔面发射器)两种结构。按Yole统计,后道工序成本上EEL至少高出VCSEL一倍以上;VCSEL制作工艺与主流半导体产业更为相近,并可通过堆叠激光器改善功率,华为、禾赛等厂家目前均以VCSEL路线为主。
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1100nm以下的光子,无法用于1550nm光源,因此1550nm只能采用APD(雪崩光二极管);在905nm下,更敏感的SPAD(单光子雪崩光二极管)与SiPM更具优势,但二者容易受到强光干扰。
1550nm的机会被认为出现在测距逻辑从TOF转向FMCW之后,因为FMCW广泛用于光通信领域,而该领域的光源正是1550nm,具备产业链基础。
常见问题
为什么全球激光雷达的波长选择标准基本一致?
因为大气吸收光谱是自然物理条件,四条传播窗口对任何地区的厂商都相同,不被大气吸收且不与可见光混淆的波长是客观筛选结果。905nm与1550nm之所以被产业选中,除物理条件外,还分别对应消费电子与光通信的既有产业基础。
车载光学赛道中,中国厂商在哪些环节参与度较高?
在整机集成与光学元件、结构件环节,中国厂商参与度较高:整机厂多为一级市场明星企业,配套零部件企业大多已上市。上游光源环节仍有差距,1550nm激光器所需的磷化铟材料成本明显高于砷化镓,构成主要壁垒。
1550nm与905nm各自的机会在哪里?
905nm凭借性价比优势,在成本与效益的权衡下保持主流地位。1550nm在探测距离与人眼安全角度更具优势,唯一缺点是成本较高;其机会被认为出现在测距逻辑从TOF转向FMCW之后,因为FMCW所用光源正是1550nm,具备光通信产业链基础。