汽車

VCSEL技術(shù)因其緊湊的尺寸、高效率和高可靠性，在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用正在迅速擴(kuò)展，成為實(shí)現(xiàn)車內(nèi)外多種傳感器應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。同時(shí)，隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展，VCSEL因其高人眼安全性，在汽車傳感器領(lǐng)域的地位變得越來越重要。它在車艙內(nèi)部監(jiān)控、智能照明、激光雷達(dá)（LiDAR）、自動(dòng)駕駛和高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）等多個(gè)方面發(fā)揮著重要作用。

傳統(tǒng)的車艙內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)大多依賴于紅外LED，但使用VCSEL替代LED的趨勢日益明顯。在LiDAR技術(shù)方案中，由于VCSEL的快速脈沖模式非常適合LiDAR應(yīng)用，能夠提供高峰值功率的超短脈沖實(shí)現(xiàn)3D環(huán)境感知的更高精度，VCSEL正在逐步取代傳統(tǒng)的EEL。

VCSEL的小型封裝顯著減少了傳感器的占用空間，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，其體積縮小了5到10倍。通過為VCSEL二極管添加智能功能，例如單片集成微光學(xué)元件，VCSEL不僅能夠進(jìn)一步減少占用空間，還為光學(xué)設(shè)計(jì)提供了更大的靈活性。這種設(shè)計(jì)靈活性使VCSEL能夠支持車內(nèi)外的不同應(yīng)用，滿足從短程到長程的照明需求。

在夜間駕駛時(shí)，VCSEL技術(shù)能夠通過紅外補(bǔ)光的方式，探測前方路況，并將圖像清晰地顯示在中控顯示屏上。傳統(tǒng)的夜視系統(tǒng)主要依賴紅外光源和攝像機(jī)獲取黑白圖像，盡管這能夠增加可視距離，但在雨霧等惡劣天氣下，攝像機(jī)接收到的反射光容易飽和，難以捕捉遠(yuǎn)距離的微弱光信號。

此外，傳統(tǒng)激光器通常以連續(xù)或準(zhǔn)連續(xù)模式工作，功耗較高，且需要復(fù)雜的散熱設(shè)計(jì)，增加了設(shè)備體積。而最新的VCSEL技術(shù)引入了納秒或微秒級的窄脈沖激光器進(jìn)行補(bǔ)光。結(jié)合激光器和攝像機(jī)開關(guān)時(shí)機(jī)的精確控制以及延時(shí)掃描技術(shù)，可以在不增加功耗的前提下，對不同距離的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)清晰成像。

這種技術(shù)不僅減小了設(shè)備體積，還提高了成像效果，尤其在復(fù)雜天氣條件下表現(xiàn)出色。目前，VCSEL的這一應(yīng)用已廣泛應(yīng)用于交通監(jiān)控、汽車夜視以及高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測等多個(gè)領(lǐng)域。汽車車頭有一套遠(yuǎn)紅外夜視系統(tǒng)即搭載了VCSEL芯片，在高速情況下仍能實(shí)現(xiàn)300m超長距離的高分辨率。

從2020年開始，越來越多的汽車制造商開始將激光雷達(dá)技術(shù)集成到其汽車中的高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）中。ADAS通過傳感器（如攝像頭、雷達(dá)和激光雷達(dá)）收集車輛周圍環(huán)境的數(shù)據(jù)，并結(jié)合軟件算法，幫助駕駛員做出更安全的駕駛決策。

固態(tài)激光雷達(dá)是自動(dòng)駕駛汽車中的關(guān)鍵傳感器，2D可尋址VCSEL作為其核心技術(shù)之一，以實(shí)現(xiàn)高精度、高效率的環(huán)境感知和測量，從而實(shí)現(xiàn)更高級別的夜間自動(dòng)駕駛功能。在固態(tài)激光雷達(dá)中，2D可尋址VCSEL陣列允許對每個(gè)VCSEL單元進(jìn)行單獨(dú)控制，對外發(fā)射點(diǎn)陣多光束光源。這意味著可以精確控制哪些VCSEL單元發(fā)出激光，以及何時(shí)發(fā)出激光。

同時(shí)，探測器可以開啟與發(fā)射相對應(yīng)的區(qū)域，接收目標(biāo)反射光。最終，通過多個(gè)角度的電子掃描，完成整個(gè)視場范圍內(nèi)的激光雷達(dá)點(diǎn)云獲取。這種靈活性使得固態(tài)激光雷達(dá)能夠?qū)崿F(xiàn)高密度的點(diǎn)云生成，從而更準(zhǔn)確地感知周圍環(huán)境。不僅可以幫助自動(dòng)駕駛汽車準(zhǔn)確感知周圍環(huán)境中的行人、車輛和其他障礙物，也能在機(jī)器人導(dǎo)航可以自主規(guī)劃路徑、避開障礙物，并準(zhǔn)確到達(dá)目標(biāo)位置、無人機(jī)高精度的障礙物檢測能力，使其能夠在復(fù)雜環(huán)境中安全飛行（無人機(jī)避障）等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。

消費(fèi)電子應(yīng)用

自2016年VCSEL技術(shù)首次被應(yīng)用在手機(jī)中以來，極大地推動(dòng)了整個(gè)行業(yè)的快速發(fā)展。在消費(fèi)電子領(lǐng)域，VCSEL激光器已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于多種消費(fèi)類電子應(yīng)用場景，包括手機(jī)/平板、TWS藍(lán)牙耳機(jī)、AR/VR、健康監(jiān)測、人臉識別、3D傳感、美容醫(yī)療等。

消費(fèi)類應(yīng)用的VCSEL芯片涵蓋了單孔或多孔芯片，規(guī)則或隨機(jī)發(fā)光孔陣列芯片，單結(jié)或多結(jié)芯片，可尋址芯片。光功率從毫瓦級低光功率（連續(xù)驅(qū)動(dòng)）至數(shù)百瓦級的超高光功率（脈沖驅(qū)動(dòng)）。波長范圍包含紅光可見光（650nm-680nm）和近紅外光（808nm、850nm、905nm、940nm）。未來陸續(xù)推出紫外，藍(lán)綠光，及全波段VCSEL，歡迎關(guān)注咨詢。

如今，VCSEL技術(shù)在手機(jī)中的重要作用不僅限于人臉識別，還擴(kuò)展到表情捕捉和3D建模等功能，例如蘋果的Animoji功能。為了實(shí)現(xiàn)高密度的3D結(jié)構(gòu)光，iPhone采用了包括VCSEL在內(nèi)的多種技術(shù)組件來增強(qiáng)3D成像和紅外攝影能力。

智能手機(jī)設(shè)計(jì)的發(fā)展對VCSEL技術(shù)提出了更高的要求，近年來，OEM廠商正致力于將近紅外波段的VCSEL技術(shù)集成到OLED屏幕下方，這項(xiàng)技術(shù)能夠降低電源消耗、改善熱管理，并提升光學(xué)性能。

市場對于更高屏占比的追求也促使傳感器集成到顯示屏下方，需要依賴更先進(jìn)的材料和制造工藝。此外，短波紅外波段的VCSEL有望成為屏下3D傳感模塊的核心技術(shù)，從而帶動(dòng)整個(gè)行業(yè)向更高集成度方向發(fā)展。

在智能家居領(lǐng)域，VCSEL激光傳感器被廣泛應(yīng)用于智能掃地機(jī)器人、智能門鎖、智能燈光、小型家庭美容儀器等設(shè)備中。VCSEL激光雷達(dá)由于其高精度和小型化的特點(diǎn)，尤其適用于長距離檢測和室內(nèi)導(dǎo)航。

且由于大多數(shù)消費(fèi)產(chǎn)品的內(nèi)部空間都極為狹窄，終端家居客戶在考慮接近傳感的應(yīng)用集成時(shí)，一般會要求模塊尺寸最大限度緊湊。而當(dāng)接近傳感的發(fā)射端與接收端距離過于接近時(shí)，發(fā)射光與內(nèi)部反射光會發(fā)生信號串?dāng)_，進(jìn)而影響整體的測量精度。

目前，公司已推出特有的超窄發(fā)散角可大幅降低傳感器件信號串?dāng)_現(xiàn)象，確保發(fā)射和反射光具有清晰、不互相干擾的往返路徑，可幫助縮小接近傳感模塊尺寸、簡化器件設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)更精確的距離測量。

在智能家居領(lǐng)域，VCSEL技術(shù)將成為智能家居設(shè)備如掃地機(jī)器人、智能電視、家用投影儀等產(chǎn)品的核心傳感器。伴隨著智能家居設(shè)備市場的擴(kuò)展，VCSEL技術(shù)的市場需求也會進(jìn)一步攀升。

在可穿戴設(shè)備領(lǐng)域，目前主要的如智能手表、智能戒指等擁有心率檢測、控制智能家電等功能，通常都包含了VCSEL激光器。例如，蘋果手表利用VCSEL技術(shù)實(shí)現(xiàn)脈搏血氧檢測，并在無線立體聲（TWS）耳機(jī)中提高了佩戴檢測的準(zhǔn)確性。

同時(shí)，小尺寸和超低功耗也使VCSEL成為便攜式健康監(jiān)測設(shè)備的理想選擇。在智能戒指等新興市場，VCSEL技術(shù)通過提高生理數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和降低功耗，進(jìn)一步推動(dòng)了設(shè)備的功能和市場應(yīng)用。高功率高光效紅光VCSEL發(fā)射的光可以透過皮膚測量睡眠健康、心率和血氧飽和度，在運(yùn)動(dòng)監(jiān)測和健康管理方面非常有用。

數(shù)據(jù)通信

在過去的半個(gè)世紀(jì)里，移動(dòng)技術(shù)幾乎每十年都會實(shí)現(xiàn)一次創(chuàng)新的飛躍。從最初僅支持語音通話和短信，發(fā)展到現(xiàn)在能夠承載超高清（UHD）視頻和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí)（AR/VR）應(yīng)用，移動(dòng)帶寬的需求持續(xù)增長。

目前全球消費(fèi)者和企業(yè)用戶對網(wǎng)絡(luò)和云服務(wù)的需求仍在持續(xù)上升。社交網(wǎng)絡(luò)、商務(wù)會議、超高清視頻流、電子商務(wù)和游戲等應(yīng)用在這一過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，進(jìn)一步推動(dòng)了數(shù)據(jù)通信市場的擴(kuò)張。

在技術(shù)層面，VCSEL以其單片制造能力、卓越的波束質(zhì)量、快速的調(diào)制帶寬以及陣列形式的可擴(kuò)展性，展現(xiàn)出在短距離互連領(lǐng)域的顯著競爭力。特別是在850nm波長的VCSEL中，這些特性使其成為數(shù)據(jù)中心高速通信的理想選擇。

目前，隨著市場對高速數(shù)據(jù)傳輸需求的不斷增長，VCSEL不僅在現(xiàn)有架構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用，同時(shí)也激發(fā)了新材料和技術(shù)平臺的開發(fā)，以滿足5G網(wǎng)絡(luò)、人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)等新興技術(shù)的需求。

在數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域，光收發(fā)模塊市場增量顯著，2019至2020年期間增長了23.8%，主要受到數(shù)據(jù)中心互連需求的增加、城域網(wǎng)和長途網(wǎng)絡(luò)對額外容量需求的增長以及5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)加速發(fā)展的推動(dòng)。

到2021年，光收發(fā)模塊市場的收入繼續(xù)增長21.3%，達(dá)到58.3億美元。這一增長的主要因素包括工作、教育和娛樂領(lǐng)域?qū)σ曨l會議、流媒體視頻、社交網(wǎng)絡(luò)和云計(jì)算需求的激增，這些應(yīng)用加速了數(shù)據(jù)和視頻流量的增長。

隨著數(shù)據(jù)中心和5G通信市場的擴(kuò)展，數(shù)據(jù)量承載指數(shù)級增長，光模塊等產(chǎn)品在數(shù)據(jù)通信行業(yè)的需求預(yù)計(jì)將持續(xù)上升。這些應(yīng)用場景不僅促進(jìn)了光模塊市場的發(fā)展，也進(jìn)一步推動(dòng)了光模塊市場的發(fā)展奠定了VCSEL技術(shù)在未來數(shù)據(jù)通信中的重要地位。

工業(yè)激光

在工業(yè)應(yīng)用中，VCSEL激光器在激光雷達(dá)系統(tǒng)中的應(yīng)用已成為推動(dòng)工業(yè)自動(dòng)化和智能基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展的關(guān)鍵因素。這些激光雷達(dá)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)精確的光探測和測距，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、交通控制、測距儀等領(lǐng)域。

VCSEL的加入使得工業(yè)機(jī)器人能夠識別并避開人類工人，同時(shí)清潔機(jī)器人也能在復(fù)雜環(huán)境中自主導(dǎo)航，顯著提升了工業(yè)生產(chǎn)的安全性和效率。

工業(yè)激光雷達(dá)產(chǎn)品類型包括遠(yuǎn)程激光雷達(dá)和機(jī)器視覺等。隨著技術(shù)進(jìn)步，激光雷達(dá)系統(tǒng)已從早期的工廠自動(dòng)化和自動(dòng)門等少數(shù)應(yīng)用，擴(kuò)展到物流、智能基礎(chǔ)設(shè)施和安全等新興領(lǐng)域。3D激光雷達(dá)的快速發(fā)展和成本降低，正在挑戰(zhàn)2D激光雷達(dá)的傳統(tǒng)地位，為工業(yè)應(yīng)用帶來新的可能性。

物流自動(dòng)化的加速推進(jìn)，使得激光雷達(dá)在倉庫、港口的自動(dòng)引導(dǎo)車輛（AGV）和工業(yè)清潔機(jī)器人中的應(yīng)用迅速增加。盡管許多自動(dòng)化應(yīng)用仍處于測試階段，但其發(fā)展速度值得關(guān)注。

同時(shí)，激光雷達(dá)在智能基礎(chǔ)設(shè)施中的應(yīng)用也在擴(kuò)大，如交通控制、機(jī)場人群管理和公共安全等領(lǐng)域，激光雷達(dá)作為關(guān)鍵傳感器的作用日益凸顯。它們能夠提供匿名的3D信息，并且可以在夜間操作，逐漸取代了電感回路、相機(jī)和雷達(dá)等傳統(tǒng)技術(shù)。

目前，多模VCSEL在工業(yè)激光雷達(dá)和機(jī)器視覺應(yīng)用中占據(jù)主導(dǎo)地位。然而，單模VCSEL因其更高的精度和穩(wěn)定性，在傳感和計(jì)量領(lǐng)域的新興應(yīng)用中迅速獲得市場份額。單模VCSEL廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療診斷和工業(yè)過程控制等領(lǐng)域，隨著這些應(yīng)用的發(fā)展，對精確傳感解決方案的需求也在上升。

隨著技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步和新應(yīng)用的不斷涌現(xiàn)，VCSEL激光器在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用正變得越來越廣泛。預(yù)計(jì)未來，隨著對更高精度、更快響應(yīng)和更低功耗需求的增長，VCSEL技術(shù)將在工業(yè)自動(dòng)化和智能基礎(chǔ)設(shè)施中扮演更加關(guān)鍵的角色。

源自網(wǎng)絡(luò)

?審核編輯 黃宇