2022年，被称为激光雷达规模化生产的元年，根据Yole发布的《2022年汽车与工业领域激光雷达报告》显示，中国厂商已成为全球车载激光雷达赛道的重要玩家，预计2022年有超过20万台的激光雷达交付上车。随着激光雷达性能、成本、可靠性等不断优化，2023年激光雷达有望出现爆发性的增长。
作为激光雷达的重要组成之一的光源也随着各种技术路线的竞争，引发了广泛的关注和讨论，EEL、VCSEL和MOPA光纤激光器是当前三种主流激光器，在机械扫描、棱镜旋转扫描和MEMS扫描系统中，EEL覆盖了长中短距的各种应用，是最理想的光源。在全区域爆闪模式下的固态激光雷达，则根据距离的要求而选择VCSEL或EEL。而应用在分区控制等固态激光雷达应用则可以充分利用VCSEL的多发光孔的特性，实现1D/2D控制，在短距固态应用中成为优选。
来源：Yole, 观研天下等
综合Yole等机构的统计数据，当前激光雷达的光源仍然以EEL为主，占据55%的市场份额，VCSEL占有18%的份额。光源的制约因素主要有性能、成本、产业成熟度、人眼安全等因素，综合来看，905nm EEL仍是目前激光雷达应用综合性能的最优解，同时是市场的选择。
但是，常规的EEL也存在一些性能缺点，例如波长温漂系数通常为0.28 nm/K，远高于VCSEL的0.07 nm/K，这也成为限制EEL发展的重要因素，尤其在满足车规级的-40℃~125℃温度范围内，光源本身的波长变化率越小，探测器的带通滤波器的波长范围就可以设置得更窄。鉴于此，作为国内激光雷达发射芯片的领先供应商瑞波光电日前推出具备自主核心技术的新一代3J和4J的低温漂65W、135W、165W 905nm芯片系列，波长随温度变化系数小于0.09 nm/K，部分型号达到0.06 nm/K，在温度漂移特性已经接近甚至优于VCSEL，实现了国产905nm EEL芯片的重大技术突破，填补了国内空白，同时削弱了VCSEL的竞争优势。
瑞波光电新一代905nm EEL芯片系列有四个特点：
● 温漂系数低，即波长随温度的变化率低。一般市面上905nm的EEL激光器，波长随温度变化率在0.28 nm/K，而瑞波新一代65W、135W、165W 905nm芯片系列的温漂系数小于0.09 nm/K，部分型号的温漂系数为0.06 nm/K。光源本身的波长变化率越小，探测器的带通滤波器的波长范围就可以设置得更窄，对于激光雷达整体的抗噪性能和测量精度的提高都有很大帮助。
● 功率密度高、功率高。在3J 65W等级产品里面实现了110µm业界超窄的发光线宽，在3J 135W和4J 165W等级实现220µm业界超窄的发光线宽，有助于支持实现长距离测距和高精度测距。激光器本身的发光尺寸越窄，经过透镜之后得到的平行光斑就越小，光斑中心部分光强就越强，可以打得更远，测的精度也越高。3J芯片和4J芯片的斜率效率分别达到了3.5W/A和4.5W/A， 其中新一代4J芯片实现了量产芯片里最高的输出功率165W。
● 快轴和慢轴发散角得到优化。瑞波公司新一代905nm芯片快轴发散角为22°，慢轴发散角为10°，而常规905nm芯片的快轴发散角通常为30°，慢轴发散角17°，这样意味经过准直后的实际等效功率密度会得到大大提升。
● 高温下功率稳定性全球最佳。瑞波公司新一代905nm芯片在环境温度从25变化到125摄氏度，功率变化量小于30%，而该指标的行业普遍水平为40-50%。高温下功率稳定意味着高热负载下功率稳定。据评估，瑞波芯片在500kHz高重频下仍然有优秀的输出功率。
“我们认为激光雷达中的EEL和VCSEL技术，属于既竞争又补充的关系，就像VCSEL在不断提升光功率密度一样，EEL也在不断优化温漂特性、发散角特性等性能，同时不断降低成本，瑞波光电一直致力于开发高性能的EEL芯片，在保持高功率密度的前提下，不断提升光学性能和温度特性，为激光雷达的设计带来系统性革新。”深圳瑞波光电子有限公司市场负责人于占涛表示。
“EEL相比VCSEL的最大技术优势是光功率密度非常高，比VCSEL至少高1个数量级。目前瑞波光电开发的905nm EEL芯片的功率密度可以达到50 kW/mm²，而当前VCSEL通过多结工艺将功率密度最高提升到2 kW/mm²，但仍与EEL有很大的差距。”
低温漂EEL和VCSEL性能对比表（来源：瑞波光电）
从上述表中我们可以发现，多结VCSEL相比低温漂EEL，仍存在功率密度的短板，并且低温漂优势被追平，EEL可将温漂降系数低到0.06 nm/K甚至更低，VCSEL仅剩低成本、二维特性方面的优势，但是EEL仍可以通过性能改进和规模化制造，抵消VCSEL的优势。例如EEL可以通过规模效应和自动化制造技术将成本降低至VCSEL同等级别；EEL可以通过封装实现二维可寻址阵列；新一代EEL的快轴发散角宽度已经比上一代减少1/3，未来还有改善的空间；同时EEL有个优势是偏振态固定，而VCSEL的偏振态比较随机、影响测距的精度。另外，VCSEL阵列在高功率输出的同时工作电流需要达到数百A，这也对驱动电源形成很大的挑战。
未来瑞波光电将持续优化温漂系数，进一步做窄发射区尺寸，提升光功率密度，提升出光效率，继续巩固905nm EEL的技术优势。
在过去的2022年，瑞波905nm EEL激光雷达发射芯片通过车规AEC-Q102里四项测试项目，包括HTOL、WHTOL、PTC和ESD-HBM。瑞波还积累了超过500万器件小时的长期寿命测试数据，以此数据建立的寿命模型预测器件的寿命超过100万小时。凭借优异的性能和高可靠性，瑞波光电目前已经与国内多家头部激光雷达厂商展开深度合作，并实现批量的应用。
作为可以探测更远距离或更广视角并立体成像的传感器，车规激光雷达已经被证明是高级别辅助驾驶不可或缺的关键部件。随着像素密度愈来愈高，体积越来越小，成本越来越低，激光雷达在ADAS及自动驾驶传感器中的比重会越来越大，同时也对激光芯片提出更高要求，瑞波光电愿与业界同仁一起，开发出满足市场需求的高性能、高可靠性、低成本的激光雷达。
编辑：黄飞