激光雷達產業(yè)深度研究：從拆解五款激光雷達看智能駕駛投資機遇

激光雷達產業(yè)深度研究：從拆解五款激光雷達看智能駕駛投資機遇創(chuàng)新之處1、直觀展示了激光雷達的關鍵結構。投資人對各家激光雷達的掃描方式、激光器、以及其它核心零部件缺乏系統(tǒng)、直觀的認知，為此我們拆解了五款激光雷達，包含鐳神智能C16（機械式）、鐳神智能CH32（轉鏡式，主要用于路側和物流車）以及三款車規(guī)級產品，即圖達通falcon（轉鏡+振鏡二維掃描，搭載在蔚來

ET7、ET5、ES7上）、速騰聚創(chuàng)M1（MEMS，搭載在小鵬G9、智己L7、長城Wey等一系列車型上）、大疆覽沃HAP（雙楔形棱鏡，搭載在小鵬P5上）。對于無法用肉眼看清楚的激光發(fā)射芯片、APD接收芯片、微透鏡、MEMS鏡片等結構我們采用了高倍電子顯微鏡放大，以期讓投資人有更直觀、更清晰的認知。2、深入解答了投資人的多個疑問。a)集中度問題：針對投資人擔心激光雷達市場參與者眾多，行業(yè)集中度會比較分散，我們在第三章通過和攝像頭、毫米波雷達的對比，分析了激光雷達的車規(guī)難度，認為激光雷達壁壘高于另外幾類傳感器，預計將有較高的集中度，國內CR5的穩(wěn)態(tài)集中度可能在80%以上。b)毛利率問題：針對投資人關心的激光雷達毛利率問題，我們復盤了過去三年國內主要汽車零部件的毛利率、凈利率區(qū)間，以及海外功率芯片、大算力芯片的毛利率區(qū)間，結合我們預計激光雷達的車規(guī)、算法和整機耦合、頭部廠商會進行垂直一體化的觀點，給出激光雷達在完成不同價值量工作時可能對應的毛利率。c)供應鏈投資問題：正因為我們認為激光雷達整機將有較高的集中度，我們提出激光雷達產業(yè)鏈的投資應該圍繞頭部激光雷達公司的供應鏈展開，而不是圍繞什么公司做了什么產品展開。由于激光雷達目前處于發(fā)展早期，供應鏈的變化具有很大的不確定性，尋找頭部激光雷達公司供應鏈的變化或將成為未來幾年激光雷達投資的重點。d)EEL和VCSEL格局問題，TEC是否需要應用問題：針對投資人不理解為什么歐司朗在905nm的EEL光源方面有極高的市占率，后續(xù)發(fā)展趨勢會怎樣，以及激光雷達后續(xù)是否需要TEC進行降溫，我們在第四章第一節(jié)指出，根據歐司朗的專利《WO2021/214174Al》，其在905nmEEL低溫漂光芯片的專利極難繞過，預計很難有廠商能夠顛覆歐司朗在EEL上的地位。隨著各激光雷達廠商在光源側紛紛開始選擇VCSEL光源（比如禾賽科技、華為），我們判斷國內VCSEL廠商長光華芯、縱慧光芯將迎來發(fā)展良機。我們同時指出，由于EEL的溫漂問題已被歐司朗解決，VCSEL芯片又天然具有低溫漂的特性，TEC后續(xù)在激光雷達上將難有用武之地。e)接收端問題：由于當前二級市場沒有APD、SiPM、SPAD標的，接收端的研究長期被忽視。實際上，當前905nm都開始逐步采用SiPM、SPAD，相關產品有較高的技術壁壘，目前激光雷達基本采用的是索尼、濱松等海外產品。隨著國內激光雷達的發(fā)展，接收端相關公司預計將迎來投資機遇。激光雷達：遠期想象空間帶來高估值，明年有望放量迎來投資時間窗價值辨析：激光雷達是L4收斂CornerCase的關鍵手段激光雷達領域投資第一個遇到的挑戰(zhàn)就是特斯拉為什么不用激光雷達？當前全球的自動駕駛（包括特斯拉）應當說都還處于L2+的水平，遇到無法處理的CornerCase，還是交給人來解決。到了L4之后，不再有人接管的選項就意味著L4系統(tǒng)處理CornerCase的能力要大大的提升。眾所周知，對于自動駕駛或者輔助駕駛算法而言，難點首先在感知，多數時候搭載ADAS算法的車出現安全事故，主要原因都是對于相關目標物體沒有有效識別。那么后續(xù)什么零部件對于提升ADAS算法對不常見物體的感知最為有效，能夠大幅減少CornerCase對于安全的影響呢？我們認為安裝激光雷達是最為直接有效的手段。L4要真正到來，業(yè)界普遍認為需要比人駕駛有更高的安全性。目前高級駕駛輔助系統(tǒng)中普遍應用的傳感器有攝像頭和毫米波雷達。在物體的拍攝上，攝像頭主要缺點是在暗光環(huán)境切換至亮光環(huán)境時易出現過曝光、在逆光條件下或攝像頭被污漬遮擋便會嚴重影響其信息采集效果。同時，在物體識別上，由于智能汽車

ADAS前置攝像頭的主流產品是單目和三目攝像頭，其測距原理都是先通過圖像匹配進行目標識別

（各種車型、行人、物體等），再通過目標在圖像中的大小去估算目標距離。在估算距離之前，首先要求準確識別目標，是車、行人、卡車、SUV還是轎車，因此正確識別是正確估計距離的第一步，為此，需要建立并持續(xù)維護巨大的示例特征數據庫以確保它包含要識別的所有特征數據。在此背景下，遇到未訓練過的場景，攝像頭很難對距離進行有效判斷，從而容易發(fā)生事故。市場空間：遠期千億美金空間，2027年中國市場空間預計超過50億美金資本市場給予了激光雷達的相關公司較高的估值，我們認為這跟激光雷達遠期（比如2030年或2035年，跟L4級自動駕駛落地時間有關）的市場空間有較強的相關性。美股上市的各家激光雷達公司對2030年的市場空間都抱有很高的預期。那么中期的發(fā)貨量和市場規(guī)模會是怎樣呢？根據Yole的數據，從出貨量來看：

2018-2021年，與ADAS有關的激光雷達出貨量總共約15.6萬件，Yole預計2022年出貨量約19.4萬件，2027年達到446.1萬件，2022-2027年復合增長率87.1%。從市場規(guī)模來看：2021年全球激光雷達市場規(guī)模約20.7億美元，其中ADAS市場約1.1億美元。Yole預計到2027年全球激光雷達市場規(guī)模約63.1億美元，其中ADAS和自動駕駛汽車會分別以73%和28%的年復合增長率增長至20.1/7.0億美元。從實際落地情況來看，據我們統(tǒng)計，至2022年底，全球預計共有32款車型發(fā)布并搭載激光雷達，其中售價或預計售價在35萬以上的為26款，25-35萬為5款，25萬以下僅1款，其中有近三分之二方案由國內激光雷達廠商提供。同時，激光雷達已成為國內新能源品牌高端車型的普遍配置，平均搭載價格隨著國內激光雷達廠商的崛起已有明顯下探。我們認為，隨著智能化浪潮的進一步深化，激光雷達的滲透率將得以迅速提升。我們通過拆分價格區(qū)間，以汽車銷售量XL2級以上ADAS滲透率X激光雷達在ADAS方案中滲透率X單車價值量的方法，測算得出2022/2023/2024/2025/2026/2027年國內激光雷達市場規(guī)模分別對應2.26/11.37/15.65/21.26/33.92/53.42億美元。我們預測的滲透率及市場空間高于Yole的預期：1）由于激光雷達主要用于智能駕駛，所以我們首先估算所有乘用車中L2以及L2+級別輔助駕駛的滲透率；2）然后在配備L2及以上級別輔助駕駛的車輛中估算激光雷達的滲透率，從而算出激光雷達在乘用車整體中的滲透率；3）根據乘用車整體出貨量數據以及激光雷達滲透率數據即可得到激光雷達預期出貨量；4）最后，量價相乘，根據激光雷達預期售價和預期出貨量，測算預期市場空間。我們主要采用以下五點核心假設：1.價格方面，根據Yole的ASP數據（包含905nm前向雷達與補盲雷達）與我們產業(yè)調研數據（1550nm前向雷達），2022年前向905/前向1550/補盲三種雷達ASP分別為600/1150/300美金。隨著VCSEL光源逐步替代EEL光源帶來成本下降，以及激光雷達大規(guī)模量產帶來的成本攤薄，我們預計三種激光雷達價格將逐步下降至2027年的476/780/228美金。2.數量方面，首先預測L2及以上級別輔助駕駛滲透率。根據高工智能研究院2022H1的數據，我們假設2022年L2以及L2+滲透率與上半年保持穩(wěn)定，預計2022年價位在10萬以下/10-15萬/15-20萬/20-25萬/25-35萬/35萬以上L2及L2+ADAS滲透率分別為0.85%/20.41%/32.55%/53.24%/49.53%/27.41%，我們根據近年來ADAS滲透率提升速度，假設2027年達到25%/45%/65%/82.5%/82.5%/55%，總體滲透率從2022年的26.64%增長至2027年的55.75%。3.更進一步估算激光雷達在搭載L2以上輔助駕駛車型中的滲透率。根據我們統(tǒng)計，2022年以來，國內新能源廠商35萬以上新車型基本做到標配激光雷達或提供激光雷達選項，蔚小理等新勢力和北汽、上汽、廣汽等廠商均是如此；而國外廠商如BBA、大眾、通用、日產等廠商激光雷達量產上車規(guī)劃集中在2024、2025年。因此我們預計2025年左右，在配備L2的中高端車型中，激光雷達會接近成為標配。我們預計2023年，10-15萬/15-20萬/20-25萬/25-35萬/35萬以上L2及L2+ADAS方案中激光雷達的滲透率分別為0%/0%/5%/30%/60%，2027年達到10%/25%/50%/85%/90%，對應全部乘用車中激光雷達分價位滲透率4.5%/16.3%/41.3%/70.1%/49.5%，總體乘用車滲透率從2022年的0.70%增長至2027年的23.61%。4.數量方面除了滲透率，還需要估算單車配備激光雷達的數量。我們預計，到2027年，ADAS雷達方案根據市場定位將主要分為單前向雷達、1前向+2補盲雷達兩種方案。5.最后，乘用車總銷量近年來保持相對穩(wěn)定。中信證券研究部汽車組預計隨著疫情與經濟情況改善，乘用車整體銷量和價格區(qū)間將有小幅上升，預計銷量將從2021年的2148.2萬輛增長至2027年的2507.4萬輛。隨著固態(tài)雷達方案的持續(xù)發(fā)展以及部件集中度的提高，單車價值量將會進一步下降，有利于激光雷達的量產使用，同時，隨著L2+滲透率的提升以及L3方案的逐漸滲透，我們預計2030年全球激光雷達市場規(guī)模將逐步擴大。時間節(jié)奏：2022年是上車元年，2023年開始集中放量我們認為激光雷達行業(yè)拐點已至，從定點訂單、車型上市量、預計發(fā)貨量來看，今年較以前均有較大提升，可以說2022年為激光雷達上車元年。根據Yole的統(tǒng)計，從定點訂單來看：2018-2021年激光雷達公司共收獲29個定點，2022年截至目前已有26個新定點。從搭載車型上市情況來看，從奧迪A8搭載車載激光雷達算起，截至2021年底共有13款上市車型搭載激光雷達。2022年預計有22款搭載激光雷達的新車上市。同樣根據Yole，從ADAS發(fā)貨量來看，截止2021年底，全球共有15.6萬臺ADAS激光雷達發(fā)貨，Yole預計2022年有22.1萬臺。我們認為當前搭載激光雷達的駕駛方案正處于降本過程的第一個節(jié)點。激光雷達產業(yè)鏈逐漸成熟，各雷達廠商生產良率提升，并隨著發(fā)射、接收模組成本下降而逐步實現更優(yōu)性能、更低價格，激光雷達ASP也迅速下降，超出2020年美股激光雷達廠商IPO時的整體預期。根據Yole咨詢，2022年截至9月，ADAS功能相關的激光雷達平均價格約579美元，包括前向主雷達和短距離補盲雷達，其中前向主雷達約662美元，短距離補盲約220美元，預計會在2027分別降至475美元和158美元。結合IHSMarkit對于原材料的成本預測，即2025年，一方面由于SPAD和VCSEL的快速降本，另一方面由于掃描結構相對簡單，悲觀/樂觀情況下激光雷達成本會降至305.1/182.2美元，35%毛利率對應單價469/280美元。我們認為，激光雷達的上車會首先集中在新能源廠商。傳統(tǒng)主機廠如奔馳、寶馬、奧迪、大眾、通用、日產等節(jié)奏相對較慢，除在高端車型進行一定試點外，目前量產規(guī)劃都在2024、2025年。而目前國內新能源廠商在35萬以上的高端車上已經做到了普及，如

蔚來、理想近年上市的車型ET7、ES7、ET5、L9等都全線標配激光雷達。小鵬、上汽、北汽、廣汽的高端車型也都具有搭載激光雷達選項，我們預計這部分市場會在2023年開始集中兌現，并隨著傳統(tǒng)主機廠的加入在2024-2025年持續(xù)增長，參考毫米波雷達以及L2方案的滲透過程，接下來有望下沉到20-35萬價格區(qū)間，并預計在2025年在該區(qū)間達到約31.2%的滲透率。根據高工智能研究院的數據，2022年上半年，中國市場（不含進出口）乘用車搭載前向ADAS上險量為416.7萬輛，前裝搭載率達到46.8%，L2級上險量237.0萬輛，前裝搭載率達到26.6%。2019-2022H1，L2滲透率從3.5%增長至26.6%，主要由其價格區(qū)間的快速下探導致。根據高工智能研究院的預測，L2的滲透率會在2025年至少達到50%，我們保守估計約43.71%。屆時，激光雷達會成為高價格區(qū)間內L2級ADAS的標配。從拆機看整機：整機是最有價值的投資方向，行業(yè)將有較高集中度雖然目前激光雷達行業(yè)參與者眾多，格局看起來非常分散，但是在整個產業(yè)鏈條里，我們依然認為整機是最有投資價值的方向。除了整機的單車價值量高以外，我們還認為長期來看整機的集中度會相對集中，國內CR5可能會高達85%，毛利率可能會達到35%-40%，雖然參與廠商眾多，但預計會逐步走向集中化。第一，激光雷達的上車難度遠高于另外兩類傳感器和眾多零部件。第二，由于光學路徑設計的非標，激光雷達的算法和整機是一個耦合的關系。第三，頭部公司在進行電芯片的SOC整合，長期來看會通過SOC構筑競爭壁壘。投資價值：高壁壘帶來高集中度，軟硬件耦合預計毛利率區(qū)間35%-40%無論是車規(guī)難度，還是算法耦合、芯片自研，從投資的視角它們有一個共同的屬性，即什么會形成激光雷達行業(yè)的壁壘。我們希望通過和其它汽車零部件尤其是攝像頭、毫米波雷達、超聲波雷達等幾類傳感器的對比來判斷激光雷達未來可能的行業(yè)集中度和毛利率區(qū)間。對比不同的傳感器，我們發(fā)現，從攝像頭到毫米波雷達，產品復雜度提升，壁壘越來越高，市場集中度也越來越高。在毫米波雷達市場內部也有類似現象，難度較高的前向毫米波雷達市場集中度明顯高于角雷達。與之對應，壁壘越高毛利率也越高，例如4D毫米波雷達技術難度和壁壘比普通毫米波雷達更高，對應領域的Arbe公司毛利率也達到了70%附近。激光雷達與這些傳感器對比有更高的技術壁壘和車規(guī)級難度，因此我們認為長期來看，激光雷達整機將具有比毫米波雷達和攝像頭模組更高的市場集中度，也應當有更高的毛利率。關于激光雷達和毫米波雷達、攝像頭的對比，我們會在接下來三節(jié)里詳細地闡述。如果將視野擴大到整個汽車產業(yè)鏈，激光雷達又應當處于何處？我們對汽車產業(yè)鏈上的A股上市公司以及部分海外公司分行業(yè)進行了統(tǒng)計。將公司聚類為20余個行業(yè)，制作氣泡圖，橫軸為三年加權平均毛利率，縱軸為三年加權平均凈利率，氣泡大小為三年行業(yè)營收總和（由于海外公司規(guī)模較大，業(yè)務范圍較廣，汽車業(yè)務通常僅為營收的一部分，我們僅統(tǒng)計了部分汽車業(yè)務占比較高的公司）。對比結果呈現的規(guī)律仍舊是高壁壘帶來高毛利，例如功率半導體、車燈控制等。此外，汽車芯片和算力芯片則有高毛利率。在整個汽車產業(yè)鏈中，我們認為激光雷達整機的壁壘比當前A股大多功率半導體產品（芯片產品較少，模組封裝公司占比更高）更高，且也應當高于車燈控制等行業(yè)。我們認為，激光雷達的毛利率區(qū)間可能在35%-40%左右，凈利率約為12%-15%。此外，如果激光雷達公司能夠進一步提供上層算法或ADAS解決方案，其毛利率可能更高。根據各家公司投資者交流會，多數美股激光雷達公司展望未來毛利率處于50%-60%區(qū)間。我們理解其毛利率可以拆分為軟件和硬件兩部分。硬件可以參考Velodyne傳感器業(yè)務的毛利率，預期在45%左右；軟件則主要包含高級ADAS功能，毛利率可以參考經緯恒潤的智能駕駛軟件方案和Mobileye的芯片加算法方案，分別約為80%和75%。但這一預期的主要問題在于，主機廠未必樂于使用激光雷達廠商提供的ADAS解決方案或算法方案，如果車企更傾向于自己掌握智能駕駛核心算法，則來自于算法的高毛利或難以實現。車規(guī)壁壘：由于復雜的光學和機械結構，激光雷達的DV、PV有著高門檻要做一款車規(guī)級的激光雷達是殊為不易的。廠商的第一款車規(guī)級激光雷達，總歷時可能接近四年半到五年時間，具體而言可以分為“2+2+1”。第一個“2”，是指概念設計到原型機“A樣”出來，大約需要2年時間。第二個“2”，是指從B1樣接洽開始，一直到經過車企的DV、PV認證到SOP，大約需要2年時間。第三個“1”，是指SOP之后，繼續(xù)解決產能、良率、返修率等各種問題。廠商的第二款車規(guī)級激光雷達，由于吸取了第一款的經驗教訓，這個過程有望縮短到3年左右。激光雷達產業(yè)發(fā)展尚處于早期階段，除了開發(fā)周期長以外，激光雷達還是一個集光學、電子、機械為一體的設備，器件的認證和整機的認證有較高的門檻。如器件要滿足AEC-Q102（汽車光電半導體相關測試）、AEC-Q103（汽車傳感器相關測試）等標準要求，整車廠的EMC（電磁兼容）、NVH（噪聲、振動與聲振粗糙度）要求，以及功能安全ASIL-B(D）等要求。整機測試要滿足IATF16949質量管理體系、IEC60825激光產品安全要求，能經受住-40℃至125℃工作溫度，滿足OEM廠的DV/PV試驗（電子電氣試驗)等要求。除了所采用的零部件應當滿足AEC車規(guī)標準外，主機廠的DV/PV/PPAP認證也必不可少。DV指設計驗證（DesignValidation），是主要用于檢驗汽車電子零部件產品硬件設計質量的一種測試手段，DV的測試項目及等級依據OEM企業(yè)標準（沒企標的按國標或ISO標準）進行，產品通過試驗后才能進入量產階段。根據我們的了解，車廠的DV測試周期三個月到半年不等，一般需要至少兩輪DV才能滿足認證要求。PV指產品驗證（ProductValidation），是用于檢驗產品量產質量的一種測試手段，一般測試項目來自于DV，但較DV要少得多，側重于檢驗產品大批量生產的質量穩(wěn)定性及一致性。一般一條產線工藝穩(wěn)定，下來一批產品，經過PV之后驗證了產線工藝的性能，后續(xù)一般只有工藝或者產品做了修改，才會再針對性的進行相關的PV。極高的上車門檻也使得各廠商在當前沒有能力并行開發(fā)多款車規(guī)級激光雷達。從其它兩類傳感器來看，前向傳感器的規(guī)格和性能會遠高于側向和后向傳感器，如毫米波雷達，車的正前方一般會搭載LRR（LongRangeRadar，覆蓋距離約200-250米），而在側向會搭載MRR（MiddleRangeRadar，覆蓋距離約100米）或SRR（ShortRangeRadar，覆蓋距離小于30米）；又如攝像頭，特斯拉的前攝達到130萬像素，而側向翼子板和B柱的攝像頭僅為30萬像素。然而我們在激光雷達上看到了不一樣的配置。比如長城的沙龍機甲龍上搭載了4顆華為的激光雷達，前向、側向、后向為完全相同的規(guī)格；廣汽埃安上搭載了3顆速騰聚創(chuàng)的激光雷達，前向和兩個側向激光雷達的規(guī)格也完全一樣。這從側面也驗證了當前車規(guī)級激光雷達確實有著很高的門檻。算法壁壘：光學路徑設計非標使得激光雷達整機和算法必須是耦合的關系投資者比較關心的一個問題是攝像頭模組沒有高毛利率，激光雷達與攝像頭模組有多大區(qū)別，會不會和攝像頭模組一樣沒有高毛利？

應該說兩者的本質差異比較大。攝像頭的封裝比較簡單，標準化程度很高。那么激光雷達包含了哪些算法呢。首先是點云生成的一系列算法，這個與硬件以及光學設計是強耦合的關系，也稱為嵌入式算法，包含以下四個方面。（1）光源生成：由FPGA、LaserDriver及相關算法生成，同時由FPGA形成抗干擾編碼等；（2）光源掃描：電機、MEMS等相關部件的掃描算法、ROI區(qū)域形成由DSP等器件來完成；（3）光源接收：信號檢測、放大、噪聲濾除、近距離增強由DSP算法完成；（4）信號處理：點云生成、狀態(tài)數據、消息數據等。點云生成后，有的車企會需要激光雷達廠商提供目標識別算法，有的則不需要。目標識別需要的算力比較大，如果FPGA算力不夠的話，通常需要到駕駛域控制進行計算，比如到Orin或者地平線J5平臺上進行計算。類似Luminar這樣的企業(yè)會走得更為靠前，會基于點云和目標識別做ADAS算法，比如ACC、AEB、LKA乃至L4算法等。因此，Luminar在財報里對2025年的毛利率也有比較樂觀的估計，預計平均能到60%。芯片壁壘：頭部的激光雷達公司將在電芯片層面進行垂直一體化隨著激光雷達自身的不斷發(fā)展，算法不斷成熟，其算法演進也比以前更加穩(wěn)定。隨著大量車型開始搭載，激光雷達也開始從實驗性質的產品逐漸轉變成工業(yè)產品，客觀上軟件的變動也變得更小。在這樣的情況下，用SoC的形式將相對成熟的算法固化在電路中，提升集成度，降低成本成為當前激光雷達廠商的考量。而且，隨著出貨量增加，為其專門設計一款SoC也成為了可行的選擇。在可見的未來，諸多固化在FPGA中的算法、用于電機控制的DSP等都可能集成到SoC中，從而減少FPGA的使用量，降低成本。在毫米波雷達中，SOC化的過程早已完成。從拆機看供應鏈：發(fā)射和接收是核心，FMCW3-5年內難落地由于FMCW激光雷達面臨激光器成本高、窄線寬線性、光波導器件表面公差難控制等一系列問題，我們認為3-5年之內難以成為實際落地方案，因此在供應鏈的探討中，我們只討論TOF激光雷達，不對FMCW的激光器、調制器等部件展開論述。如上一章所述，我們認為激光雷達整機將有較高的集中度，因此供應鏈投資應當圍繞頭部激光雷達公司的供應鏈中有核心壁壘的器件展開。由于激光雷達目前處于發(fā)展早期，供應鏈的變化具有很大的不確定性，因此尋找頭部激光雷達公司供應鏈的變化或將成為未來幾年激光雷達投資的重點工作。發(fā)射端：國產激光芯片從VCSEL開始突破，快慢軸準直有較高壁壘在激光雷達中，發(fā)射端是價值量最高、壁壘最高的環(huán)節(jié)之一。在發(fā)射端中，隨著國內產業(yè)鏈崛起以及產業(yè)的整體技術路線調整，905nmVCSEL激光芯片等產品有望在市場實現突破。此外，1550nm光源也具備獨特優(yōu)勢，與主流的905nm形成錯位競爭，未來隨著FMCW測距路線的逐步發(fā)展，預計其份額還有進一步增長的空間。光源：905nm走向VCSEL大勢所趨，1550nm實現錯位競爭發(fā)射端的“心臟”就是光源。目前，決定光源技術路線的主要可以歸納為發(fā)光波長、激光器結構兩大指標。按照波長劃分，最主流的是905nm波長和1550nm波長。按照結構來劃分則主要分為EEL（邊發(fā)射激光器）、VCSEL（垂直腔面發(fā)射激光器），以及1550nm使用的光纖激光器。光源的選擇制約因素主要有性能、成本、產業(yè)鏈成熟度、人眼安全四大要素。光源選擇完之后，需要解決光源校準、溫漂、無熱化三大問題。接下來我們將從一些重點關注的問題出發(fā)，分析不同技術路線的優(yōu)劣勢與特點，以及對應產業(yè)鏈環(huán)節(jié)的壁壘和價值。本節(jié)主要回答以下問題。1、為什么激光雷達會選擇在905nm和1550nm發(fā)光；2、905nm和1550nm各有什么優(yōu)勢，各自的應用場景是什么？3、為什么歐司朗在905nmEEL的一家獨大的局面難以動搖；4、為什么905nmVCSEL會成為產業(yè)趨勢；5、為什么TEC在激光雷達里不再被需要；6、為什么激光器里需要加快慢軸準直。1、為什么是905nm與1550nm？自然傳播窗口與產業(yè)鏈成熟度共同決定首先，為何有905nm與1550nm兩條路線，而不是其他波長？這首先受到激光傳播窗口的限制。大氣吸收譜限制了哪些激光波長能夠在空氣中使用，比如300nm以下的短波會被臭氧吸收，1微米以上的紅外波長又經常會被水蒸氣吸收，所以激光器通常只能在少數特定窗口工作。2、選擇905nm還是1550nm？允許的峰值功率高使得1550nm有探測優(yōu)勢，材料體系使得905nm有成本優(yōu)勢在905nm與1550nm光源中如何做選擇？主要還是取決于需求。激光雷達用戶對激光雷達的首要需求就是看得遠（發(fā)光功率大）、看得清（分辨率高，激光器點頻高）。激光雷達需要看多遠？主要取決于制動距離。在通常的柏油路面上，120km/h條件下，制動距離接近130米，所以需要確保探測距離在制動距離之上，才能在高速場景下保障安全。那么是否現有的905nm和1550nm激光雷達都能做到足夠長的探測距離？其實不然。1550nm激光器由于采用光纖能夠放大激光，因此其功率更大，幾毫瓦功率的種子光源經過光纖放大，瞬時發(fā)光功率可達1kW級別（905nm激光器則只有100W級別）。大功率帶來的好處是探測距離更遠，根據目前各家產品參數，1550nm激光雷達對10%反射率物體的探測距離通常能夠達到250m以上（905nm大多在150m\t"/9508834377/_blank"@10%左右）。對10%反射率物體具備150m探測距離有些時候是不夠的，其原因在于有大量低反射率物體，比如動物毛皮、輪胎等，這些物體同樣會影響駕駛安全，但激光雷達對其探測距離往往會大幅縮減，在這種情況下，1550nm激光雷達會有更高的安全系數。既然探測距離主要跟激光的功率有關，那么905nm激光雷達為什么不通過增加功率來提升探測距離呢，這里遇到的主要挑戰(zhàn)是人眼安全。所謂人眼安全就是激光雷達不能明顯加熱人的眼球結構，不能燒壞視網膜、晶狀體、玻璃體、角膜等重要的光學結構。視網膜是視神經的延伸，如果損壞將直接導致視力永久性損失。晶狀體、玻璃體等前部光學部件如果損壞，則可能導致白內障等病癥，同樣會導致視力嚴重損失。而要保證不損傷人眼，需要滿足何種功率限制？這方面ANSI和IEC等權威組織已經有了較為明確的結論。由于紅外激光對人眼的損傷通常屬于加熱效應，因此需要保證激光照射不導致明顯的溫升。由于發(fā)熱等于功率和時間的乘積，因此要滿足盡量不發(fā)熱，只需要激光照射的時間足夠短，或者連續(xù)照射功率足夠小即可。由于905nm更接近可見光，視網膜對其更敏感，同時液態(tài)水對其吸收也更少，因此這種光線更容易直達視網膜。相比而言，1550nm容易被水吸收，因此在抵達視網膜之前已經被玻璃體等前部結構進行一輪吸收，抵達視網膜的較少。同時1550nm光折射率更大，即便是抵達視網膜，也不容易聚焦成很小的光點，能量相對分散，進一步減小了損傷?；谝陨显?，在連續(xù)波情況下，1550nm激光的人眼安全功率達到905nm的10倍，如果是瞬間發(fā)光則倍數更多，如果發(fā)光控制在納秒級別（激光雷達通常一個脈沖只有幾個納秒），那么1550nm激光人眼允許的強度可以更高。所以，905nm激光功率不能再大幅增加的原因在于人眼安全，1550nm的探測距離優(yōu)勢將繼續(xù)保持。然而，1550nm激光器的短板是其成本更高。905體系近紅外激光器發(fā)展較早，是基于GaAs材料體系的（其他近紅外激光器如850/865nm、1064nm等也使用GaAs類材料），最早的LED（半導體發(fā)光二極管）、最早的半導體激光器都是基于GaAs開發(fā)的，可以說產業(yè)十分成熟，成本已經很低。而另一條路線1550所使用的激光器種子光源材料為InGaAsP，需要基于InP體系開發(fā)，一方面其發(fā)展比GaAs要晚一些，另一方面In元素本身也更稀有，成本也更高。根據ChemicalBook網站的數據，銦的地殼豐度只有百萬分之0.05，與銀相近，其稀有性決定了其價格必然較高。Yole對InPEEL、GaAsVCSEL、GaAsEEL的成本進行了對比（由于反射效率、散熱效率等物理層面問題，InP體系目前沒有實用的VCSEL激光器）。橙色部分顯示的是晶圓基片的成本，從中可見，雖然6寸晶圓的面積是4寸晶圓的2.25倍，但是4寸的InP晶圓基片成本卻比6寸GaAs晶圓基片貴3倍多，如果換算成單位面積成本，那么差距就更大了。1550nm激光器的成本受到材料因素與激光器類型因素的限制，并非是通過大規(guī)模生產就能夠降低到905nm激光器同一水平的。綜上所述，受到人眼限制，1550nm路線的探測距離優(yōu)勢明顯，而受到材料限制，905nm路線的成本優(yōu)勢也同樣明顯，因此二者構成錯位競爭。預計1550nm激光雷達將主要用于以安全性為核心賣點的車輛（如沃爾沃等）、價位和品牌定位較為高檔的車輛（如

蔚來、奔馳、上汽飛凡R等）、重卡（剎車距離較長，奔馳重卡采用1550nm激光雷達）等特殊定位的車輛。其余車輛受限于成本，則更適合采用905nm激光雷達。不過1550nm和905nm的功率特性也對其成本有所影響。通常1550路線的激光器較少，一般只需要一個光纖激光器（包含一個泵浦光源和一個種子光源），之后還可以對光纖中的激光進行分束，1個激光器就能同時打出多個光點，例如圖達通falcon采用1分4設計，1個激光器可同時產生4條光束進行掃描。而905nm路線的激光器由于功率有限，通常無法分束，需要的激光器數量更多，比如速騰M1就采用了5個收發(fā)模組同時發(fā)光，5個激光器同時發(fā)光進行掃描。禾賽AT128則配置更為豪華，直接采用128個VCSEL激光器來實現128線掃描?？梢哉f1550nm激光的高功率特性在一定程度上縮小了與905的成本差距。3、905nmEEL，歐司朗一家獨大局面暫難改變905nm路線又分為EEL和VCSEL，目前全球和國內的905nmEEL的光芯片基本采用了歐司朗的光芯片。除了有先發(fā)優(yōu)勢外，另一大原因就是歐司朗后來在低溫漂EEL上通過專利構筑了自己的優(yōu)勢，而溫漂是激光雷達的一個很大的挑戰(zhàn)。4、低成本，VCSEL取代EEL大勢所趨雖然目前激光雷達領域的光源還是以EEL為主，但在905nm波長上，隨著多結工藝提升了發(fā)光功率，VCSEL替換EEL的趨勢越來越明顯，國內激光芯片企業(yè)迎來發(fā)展機遇。VCSEL取代EEL的首要原因是成本，由于VCSEL是上表面發(fā)光而不是側面發(fā)光，不需要在側面進行太多加工，只需要按照正常的半導體加工工藝批量處理即可。而EEL是側面發(fā)光，所以在形成晶圓后還需要進行切割，分別對每個激光器的側表面進行處理、鍍膜，無法按照現有半導體工藝來一次性處理整個晶圓的激光器，成本較高。按照Yole的統(tǒng)計，EEL的后道處理工序成本比VCSEL高了一倍以上。如果再考慮給EEL增加DBR，就需要在EEL側面沉積多層晶體，成本會進一步提高。此前由于VCSEL發(fā)展較晚，而且更多用于消費電子，對大功率沒有需求，所以此前的VCSEL大多都是單層結的，功率較小。而激光雷達的發(fā)展對大功率激光器提出了需求，做出多層結的VCSEL并不存在原理上的困難，只是需要時間進行工藝開發(fā)，因此隨著近年來VCSEL結數的不斷增加，最后一塊短板已經被補齊，在激光雷達領域替代EEL已經完全可行。5、為什么激光雷達里不需要加裝TEC另一種解決溫漂的思路就是主動對激光器進行溫度調節(jié)，正如現在的新能源車往往會對鋰電池進行熱管理。但這一思路更加凸顯了VCSEL路線的優(yōu)越性。在需要維持光波長精確的場合主動進行熱管理往往需要增加TEC（半導體制冷器，Thermo-ElectricCooler）。針對激光雷達進行冷卻，然而加裝單個TEC的功耗往往在2-3W的水平，多個激光器這一功耗水平對于平均功耗只有十幾瓦水平的激光雷達來說是一個不小的負擔。此外，增加TEC本身也會帶來額外的成本開支，由于目前EEL激光器已經解決了溫漂問題，VCSEL激光器天然溫漂就比較小，因此與光模塊不同，在激光雷達里不再需要加裝TEC。6、快慢軸準直：單激光器配備1-2個準直鏡，市場規(guī)模有望媲美手機鏡頭發(fā)射端除了光源以外，