2021年，VCSEL和EEL在汽車上的新興應用，如車內駕駛員監控和激光雷達，可能成為未來的“殺手級應用”；另外，應對圍繞增強現實（AR）的消費電子產品，以及L3／L4／L5級自動駕駛乘用車、共享出租車的激光雷達產品應用，3D傳感即將出現的新爆發點

隨著5G的發展與普及，3D成像和傳感技術將迎來新一輪高速成長，撬動增強現實和虛擬現實（AR／VR）、智能家居、智慧安防等多個領域發展，加速智慧互聯時代的到來。垂直腔面發射激光器（VCSEL）因智能手機3D人臉識別應用而被市場高度認可。Lumentum是全球少數幾家能夠滿足通訊行業采購商大批量需求的VCSEL和EEL制造商之一。

Lumentum表示，3D傳感市場是超出行業想象的龐大。從消費電子產品到工業和醫療應用，作為走在3D傳感技術前沿的Lumentum，對未來3D傳感應用有何理解和預測？Lumentum又做了哪些布局？2020年12月，在上海舉行的激光雷達前瞻技術展示交流會中，探索科技（Tecusgar）誠邀Lumentum對相關問題進行解答與探討。

3D感測持續大火，背后是你不知道的VCSEL

VCSEL全稱Vertical－cavity Surface－emitting Laser，是垂直腔面發射激光器，最初用于光通信領域，比如光模塊中，后來開始應用于消費電子領域的3D感測方面。2017年蘋果將其用在iPhone人臉識別模組，2020年3月蘋果推出搭載Lumentum家激光雷達的新款iPad pro，3D人臉識別解鎖／支付被稱作智能手機前置3D傳感系統的“殺手級應用”。以上種種，不難看出VCSEL在消費電子領域正火熱起來。

在VCSEL領域，如今較為流行的兩種3D傳感方案是結構光和飛行時間（ToF）。

iToF模式工作的單結VCSEL和三結VCSEL：芯片面積不變，單位功率密度大幅提升

從2012年微軟公司推出的室內游戲機（微軟 Kinect V1），到2015年的個人電腦，再到2017年之后具有劃時代意義的3D傳感手機應用中，都有Lumentum公司提供的激光器產品和技術。Lumentum利用其光電專業優勢，生產高性能商用激光器，應用領域涵蓋通訊傳輸、數據中心、工業激光和3D傳感等。

隨著3D傳感市場的快速成長，3D傳感已經成為Lumentum僅次于光通信的第二大業務板塊。在產品方案設計過程中，Lumentum根據實際應用場景來選擇適合的3D傳感方案；舉例而言，若需求為短距離、高精度的Face ID、工業應用，Lumentum建議采用結構光方案；而若場景用于較長距離（大于2米）、平面分辨率較高的場景，Lumentum則建議采用ToF方案。

可替換EEL，依照不同功率、不同激光排布

2020年12月，在上海舉行的激光雷達前瞻技術展示交流會中，Lumentum特別提出了整套艙內（Automotive In－cabin）解決方案，讓客戶能縮短開發時程，直接走到導入產品的階段。

面向車用Lidar部份， Lumentum依照不同功率、不同激光排布，從50W的單區芯片，擴展到400W的分區芯片，滿足各式3D感測所需。由于激光結構趨復雜，光功能跟轉換效率也愈來愈高，多結多區的設計經驗將是Lumentum現階段引以為傲的產品亮點。Lumentum VCSEL的光功率密度已大幅提升到1000 W／mm？，可替換EEL，已經成為激光雷達系統設計的首選光源。

對于半導體激光器重點考慮的可靠性問題，Lumentum VCSEL（芯片及封裝）已經通過了AEC－Q102認證，并批量出貨，是目前全球唯一通過AEC－Q102認證的VCSEL封裝，可為車內駕駛員監控／乘員監控（DMS／OMS）應用提供現貨產品。Lumentum的VCSEL陣列制造過程采取晶圓級測試（Wafer Level Testing），以實現晶圓生產過程的嚴格產品質量管控。

Lumentum自2010年開始布局3D傳感市場，至今已累計發貨超8．5億顆3D傳感激光器，其中邊發射激光器（EEL）5千萬顆，VCSEL超8億顆。Lumentum面向iToF（間接飛行時間）、dToF（直接飛行時間）、結構光、汽車座艙及汽車激光雷達等多種應用的VCSEL和EEL產品，均處于量產狀態，2018年至今在中國市場3D傳感VCSEL發貨量已經超過6千萬顆。目前Lumentum不僅可以提供車規級可靠性的VCSEL標品，也可以與客戶進行汽車VCSEL的深度定制開發。

應對晶圓制造工藝實現量產、成本控制等多項挑戰

Lumentum致力在技術領域上做到更精準、耗電量小的模塊化發光產品，以應對如手機這類需求量大、開發周期短、價格非常敏感的市場。

Lumentum追求對VCSEL產品性能持續不斷的提升，同時努力降低成本，因此要在解決方案的設計層面進行優化，由此催生“多結VCSEL”。多結VCSEL能提供更高的功率密度，對光學系統設計更加友好；其次，多結VCSEL增加了斜率效率。

另外，消費領域對成本比較敏感。除了前面提過的縮小整個芯片面積可降低成本之外，從生產開始的EPI（外延）設計跟選用（會影響產品良率），加上芯片尺寸優化（如縮小打線焊盤尺寸）和嚴控制程參數變異，讓測試數據都能集中在規格上下限的中間等等，這都是未來Lumentum為實現成本降低的努力方向。

Lumentum的VCSEL產品旨在提升性能的同時降低

成本VCSEL作為發光元件，而后續設計將會愈來愈復雜。從芯片結構上而言，高效能、高可靠性的設計方向不變之外，高溫下維持較小的功率衰退、高電流下的功率轉換，都將是Lumentum技術開發方向。

加深VCSEL技術在車用及AR市場中的滲透

2021年，Lumentum認為VCSEL和EEL在汽車上的新興應用，如車內駕駛員監控和激光雷達，可能成為未來的“殺手級應用”；另外，應對圍繞增強現實（AR）的消費電子產品，以及L3／L4／L5級自動駕駛乘用車、共享出租車的激光雷達產品應用，3D傳感即將出現的新爆發點。

近年歐洲將車內駕駛員監控用于所有新車，短時間內各式各樣的車內應用很快成熟，并于2020年為Lumentum帶來明顯的營業額。針對車用市場，Lumentum布局已久，同時為不同的車載應用需求提供VCSEL和EEL，目前恰逢時機。Lumentum還表示，除了上文提到的多結、多區的芯片設計，配合感光元件的演進，不同的發射器間距（emitter pitch）、多層結構、甚至未來的倒裝芯片、高度封裝整合都會是市場未來3～5年的趨勢。

Lumentum還表示，AR將會是人們之后生活不可或缺的幫手，透過機器的3D視覺，提供更多樣性的互動體驗。另一方面， 自駕車中車載雷達已經是必備的主動關鍵元件，為了實現不同等級的自主駕駛， Lumentum將對芯片、封裝、系統做通盤的規劃。除了實物量測、3D建模、AR互動之外，Lumentum期待有后置3D傳感系統。5G時代，Lumentum的激光器在光通訊領域確實是不可或缺的關鍵元器件，會越來越普及地用于設備中。

著力推進本土化戰略

近年已經有不少中國VCSEL初創公司成功進入智能手機供應鏈并實現批量供貨。Lumentum扎根中國20年，非常重視本地化和客戶服務，其中國銷售團隊一直與中國智能手機廠家緊密配合。除了蘋果公司，Lumentum也與中國智能手機廠商開展了合作，例如OPPO的Find X，以及華為的多款手機都用到了Lumentum的產品。作為一家芯片供應商，Lumentum為客戶提供的服務已經遠超芯片本身，通過深厚的技術積累與研發能力，在解決方案和產品生態等方面，提供全方位技術支持，保證項目高效順利推進和按時投放市場。

Lumentum和VCSEL技術領先開發商TriLumina近日宣布，Lumentum已收購TriLumina的部分技術資產，包括后者的專利和其它知識產權。此次的IP收購，將有助于Lumentum在下一代的芯片封裝上取得先機，Lumentum期望雙邊研發團隊可以把開發周期有效縮短，在短時間內提供給國內客戶最好的服務。同時，Lumentum認為，上下游產業鏈需要同心協助擴大市場應用，將原有的2D成像增加景深維度，變成3D成像，讓手機成為人人都擁有的“移動載具”，實現量測、建模、AR（增強現實）等應用的普及。

責任編輯：xj