2020年成為激光雷達企業的上市元年。2020年，五家國外激光雷達企業（Velodyne、Luminar、Innoviz、Aeva和Ouster）紛紛宣布在美國借殼上市；2021年年初，中國領先的激光雷達廠商禾賽科技、美國真彩激光雷達創業公司Aeye的上市計劃也先后對外發布，在業界引起了巨大反響。與此同時，許多新造車勢力紛紛發布了量產車型輛搭載激光雷達的計劃：蔚來ET7毫無懸念地選擇了其投資的激光雷達初創企業Innovusion；小鵬汽車將在2021年推出的全新量產車型上使用小鵬定制版車規級激光雷達，大疆創新旗下的覽沃（Livox）則是其激光雷達領域的首家合作伙伴；華為車規級前裝激光雷達發布……

全球激光雷達企業上市進展（麥姆斯咨詢總結）

2021年4月下旬，第十九屆上海國際汽車工業展覽會如期舉辦，激光雷達技術成為各家整車廠自動駕駛藍圖上最亮眼的一筆。就在同期的4月23日至4月25日，由麥姆斯咨詢主辦的《第32期“見微知著”培訓課程：激光雷達核心技術》也吸引了激光雷達產業鏈上下游企業、相關領域的高校和研究機構、投資機構的眾多學員，在無錫一起深入學習車規級激光雷達及其核心元器件相關技術知識。

激光雷達技術路線逐漸清晰，專家深度剖析技術難點與市場前景

培訓第一天上午，由深圳力策科技有限公司創始人兼CEO張忠祥為學員帶來半天的《激光雷達技術綜述》，他對激光雷達的基本概念進行詳細梳理，旨在為學員們理解后續進階課程打下堅實的基礎。從激光雷達產業界的大事件開始，張忠祥老師指出，從2017年的產業過熱期，到2019年的谷底期，2020年激光雷達產業又開始爬坡，業界對于激光雷達技術的理解和認識也越來越清晰。張忠祥老師在為學員們理清了激光雷達發展歷史、各項參數的定義和意義、測距和成像原理等基本概念后，用各家激光雷達廠商或研究機構推出的激光雷達產品作為案例，逐一分析機械式、MEMS、OPA、Flash、FMCW等各種激光雷達技術路線的工作原理、代表產品及其性能參數、技術成熟度、優劣勢等。在課程最后，張忠祥老師就飛行時間法（ToF）和調頻連續波（FMCW）、1550nm器件（光源和探測器）、掃描發射+面陣接收、人眼安全等技術熱點進行了探討和觀點輸出。張忠祥老師準備了內容豐富的講義，在授課過程中體現的專業度獲得了學員們的一致贊譽！

培訓第一天下午，西北工業大學教授喬大勇為學員講解了MEMS激光雷達及其核心元器件——MEMS微鏡等相關知識。喬大勇老師用幾個生動形象的視頻展示了機械式激光雷達、MEMS激光雷達和Flash激光雷達的結構和工作方式后，用業界對MEMS激光雷達的質疑啟發學員思考“為什么選擇MEMS微鏡作為激光雷達掃描裝置”？結合機械式激光雷達廠商公示的專利，喬大勇老師給出了自己的理解“雖然機械振鏡也能實現二維掃描，接收孔徑大，但擺動或轉動頻率很難做高，線數提升的潛力比較有限。而MEMS微鏡的諧振頻率做到1kHz甚至10kHz，線數提升空間更大。”接著，他講解了MEMS激光雷達的架構設計，給出了MEMS激光雷達增加收發對的原因。在關于MEMS微鏡相關知識部分，喬大勇老師從MEMS微鏡的工作原理、主要技術指標、設計、制造、封測和可靠性認證等多個方面做了全方面講解。喬大勇老師表示，現有的AEC等機構發布的電子元件可靠性標準都無法直接套用于MEMS微鏡，需要針對性地設計可靠性實驗項目，他目前正在致力于這項工作，并呼吁使用MEMS微鏡的用戶加入，合作出臺適用于MEMS微鏡的車規級標準。

第二天上午，華中科技大學副教授黃慶忠從主動微光學關鍵元器件的類型和作用講起，引出被業界視為全固態化、低成本化和小型化激光雷達的關鍵元器件——光學相控陣（OPA）。光源無需任何移動，只需改變其相位，就能產生任意角度的光束，這是OPA吸引激光雷達廠商的特點。黃慶忠老師講解了MEMS OPA、液晶OPA、砷化鎵/鋁鎵砷波導OPA、SOI波導OPA等的結構和性能對比，同時分享了近十年國內外集成OPA的研究情況。接著，他講解了一維OPA和二維OPA的電路設計，并以二維OPA為例分析了發射天線陣列、陣列波導、光功分器等的設計理論和制備流程。對于OPA設計中的不同參數，如陣列單元數量、單元寬度、單元間距對歸一化光強的影響，黃慶忠老師用大量數據和圖表進行了展示。最后，黃慶忠老師總結到“國產激光雷達要攻關。新的技術方案也在出現，激光雷達正往固態化方向發展，比如：MEMS激光雷達、OPA激光雷達，在新賽道上，國內可與國外同行站上同一起跑線。”

盡管閃光式（Flash）激光雷達是全固態的真正無掃描部件的激光雷達技術，但是探測距離短、光源功耗高等“頑疾”根深于大眾的思想之中。寧波飛芯電子科技有限公司CEO雷述宇在培訓第二天用了三個半小時，糾正大家的這一偏見。在詳細剖析直接飛行時間（dToF）和間接飛行時間（iToF）的工作原理后，提出了大家對傳統Flash激光雷達的誤解：（1）通過小的改進就可以滿足車載需求；（2）任何點探測的機理通過做成陣列芯片就可以成為Flash激光雷達的接收端方案，針對上述誤解，他給出了非常詳盡的解釋。隨后，雷述宇老師從dToF讀出電路、iToF讀出電路、iToF像素器件及電路、dToF像素電路、VCSEL、微透鏡、超透鏡、ToF模組組裝和測試等關鍵技術深入分析，展示了Flash激光雷達核心元器件ToF圖像傳感器的技術重點、難點以及解決方案。雷述宇老師對技術的剖析深入淺出，創新性解決方案為學員打開了思路，整個課堂討論氛圍熱烈，碰撞出諸多思想火花！

FMCW激光雷達被認為具有靈敏度高、不易受電磁干擾、發射功率低、適合芯片化、系統結構簡單、體積較小、成本較低等諸多優點，但是落地時間點卻最遠。中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所研究員梁偉在《FMCW激光雷達及核心元器件》課程中則講解了其中的技術難題和成本問題。FMCW激光雷達由激光源、干涉系統、掃描系統、探測系統、信號處理系統組成。其中，激光源采用線性調頻窄線寬激光，價格在數萬元級別，非常高昂；干涉系統采用光纖或分立元件模塊或硅光芯片；掃描系統的選擇雖然不受限，但MEMS振鏡的平整度難以滿足要求，OPA是非常棒的“搭檔”；探測系統采用平衡光電檢測器；處理芯片采用FPGA SoC或ASIC，價格也在幾千到萬元。因此，FMCW激光雷達用于自動駕駛，尚處于發展早期階段，技術不成熟，還沒有成熟的器件供應，價格相比脈沖激光雷達貴。梁偉老師通過FMCW激光雷達廠商發布的產品參數、專利布局為學員們深入分析了這一技術，并呼吁大家一起合作，加速FMCW激光雷達上路進度！

激光雷達關鍵元器件發力，講師授課水平更給力

激光雷達的鏡頭分為發射端鏡頭和接收端鏡頭。寧波舜宇車載光學技術有限公司副總經理谷春燕就為學員分享了車載鏡頭以及其它光學部件在汽車中的作用及性能要求。發射端鏡頭的準直性、亮度均勻性、特殊的角度分布、與激光器的配合會直接影響到探測物體的光線能量的大小及均勻性；接收端鏡頭的入瞳直徑、FNO、包圍能量、彌散斑、鏡頭角分辨率會直接影響到芯片接收到的能量大小、探測距離及細節信息探測。接下來，谷春燕老師結合實戰經驗，分享了機械式激光雷達、MEMS激光雷達、Flash激光雷達、OPA激光雷達對鏡頭的要求。在“加餐”環節，谷春燕老師還講解了汽車激光雷達對保護外罩的要求（如防水、高低溫濕環境下的穩定性、熱沖擊、防爆等）、內置光學件的性能要求（如激光損失閾值、相位管控等）。

VCSEL在數據通信、智能手機等獲得成功應用后，已成為汽車激光雷達最具潛力的光源之一。常州縱慧芯光半導體科技有限公司聯合創始人Ryan則為學員分享了VCSEL在汽車應用上的技術進展。對于業界質疑的VCSEL功率問題，Ryan給出了當前的技術方向：多結、可尋址。相同的驅動電流下，多結VCSEL技術可以通過增加發光量子層部分來提升單位電流下的光功率，從而提高器件的光功率密度。以縱慧芯光推出的五結VCSEL為例，PCE超過50%，光功率密度達到5000W/mm2。可尋址VCSEL使得激光雷達可采用穩定可靠的電子掃描取代機械掃描。在課程中，Ryan對上述兩種最新VCSEL技術的設計、制造、測試等難點及管控方式進行了詳細講解。

本期培訓的“壓軸”課程，由深圳市靈明光子科技有限公司聯合創始人兼總裁賈捷陽講授單光子探測技術。賈捷陽老師分析了單光子技術作為激光雷達接收端的優勢，如靈敏度高、響應速度達到皮秒級、理論上（DC）噪聲為零。將SPAD并聯，共用輸出端口，產生了激光雷達的光電探測器——硅光子倍增管（SiPM）；而每個SPAD配置獨立讀取電路，就是消費電子3D成像的探測器——單光子成像傳感器（SPADIS）。就汽車激光雷達接收端器件而言，正在經歷著四次迭代，賈捷陽老師認為，在2021年SiPM和SPAD陣列淘汰傳統APD已經是大勢所趨。接下來，他分享了團隊在產品開發過程中的心得和經驗、基于單光子計數的dToF芯片的像素設計和計數電路設計。最后，賈捷陽老師還為學員深入分析了未來單光子技術在固態激光雷達實用化的方式。賈捷陽老師啟發式的提問與互動，風趣的教學風格，讓學員們完全沒有打盹的機會，一個半小時的時間在他妙語連珠的講課中匆匆而過，學員們表示茅塞頓開、意猶未盡。

在2019年10月，麥姆斯咨詢曾舉辦了同主題的培訓課程，當時業界對激光雷達的技術理解還處于“混沌”時期，對激光雷達的落地也心存疑慮。時隔一年半，激光雷達技術已經被業界理性認知并認可，講師授課也更有底氣，干貨更足，學員提問也愈加專業。本期課程一經推出，就受到學員的積極咨詢和報名。為保證教學效果，名額有限，很多學員遺憾地沒有獲得上課名額。在今后的日子，麥姆斯咨詢將繼續挖掘激光雷達產業鏈的優質講師，在2022年再次為大家獻上更加豐富的激光雷達培訓課程！

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