跨越五大障礙，激光雷達有望實現新突破

　　打破成本壁壘

　　縮小LiDAR系統尺寸背后相同的技術和思路，也可以用于大幅節約成本!半導體VCSEL，特別是940nm波長的VCSEL激光器，利用現有的半導體工藝，針對手機等大規模生產的產品進行優化，使用硅基芯片代替了1550nm激光器和傳感器中價格更昂貴的磷化銦(InP)和銦鎵砷(InGaAs)器件。

　　當您將這些工藝和材料所節省的成本整合計算后，每個LiDAR單元的成本可以降至200美元或更低，而目前許多機械和1550nm解決方案的成本都超過1000美元。以這樣的價格，在無人駕駛汽車上使用多個LiDAR單元以獲得先進的傳感能力和更高的安全性要實際得多。

　　提高可靠性

　　當今的LiDAR技術大多是基于旋轉鏡或MEMS微鏡。這些技術包含很多運動部件，它們的生產成本和故障率都很高。值得注意的是，許多LiDAR系統必須在不太理想的氣候和高振動環境下運行。理想的940nm波長的VCSEL模塊化激光技術可在通過AEC-Q100認證的一級溫度范圍內(-40°C至125°C)的汽車中工作。這項技術已經在電信領域應用了二十多年，可靠性極高。此外，這些新型VCSEL激光器已經針對遠程LiDAR的功率要求和AEC-Q100認證一級溫度范圍，進行了數百萬小時的等效運行測試，性能沒有出現任何意外降低。

　　擴大探測范圍

　　通常，由于人眼安全限制，905nm波長的邊緣發射激光器(EEL)只能在100米左右的范圍內使用，而1550nm波長的激光器可用于實現遠距離并對人眼安全的照明。然而，在可以預見的未來，1550nm波長激光器和傳感器的成本是令人望而卻步的。LiDAR行業流傳著自己的傳說，認為實現這一長距離探測的唯一方法，只有通過使用這些昂貴的1550nm波長的激光器和傳感器。

　　940nm波長的VCSEL激光器結合了獨特優勢，既利用了太陽光譜在940nm的大幅下降(太陽光干擾較小)，又利用了大規模、低成本的VCSEL技術。940nm處環境光噪聲的降低，使得在較低的激光功率下可以獲得更廣的探測范圍。現在，已經在移動電話中使用了940nm波長的VCSEL激光器，以便在極低功率和短距離內實現3D傳感?，F在，VCSEL技術可以在相當遠的距離內使用，并且還能保護人眼安全。

　　針對人眼安全的創新

　　由于人眼安全限制，905nm波長的EEL激光器通常只能限制在100米左右的范圍內使用。盡管紅外激光附近的高功率連續波會穿透視網膜并損傷視力，對人眼產生傷害，但是人眼可以承受(人眼安全)在較低占空比下極短脈沖(十億分之一秒脈沖)的高功率940nm波長的光源。如今的940nm波長VCSEL陣列與EEL激光器等高亮度點光源完全不同。

　　940nm波長的VCSEL陣列包含很多單顆VCSEL激光器，每個激光器功率相對較低，使用短脈沖，因此對人眼比較安全。該技術使用窄脈沖(十億分之一秒)以非常低的重復頻率運行。當這些VCSEL組合成陣列時，它會產生具有很高輸出功率的分布式光源，從而來實現長距離探測，但其平均功率很低，并且分布式光源不會損壞視網膜。例如，TriLumina開發出了對人眼安全的倒裝芯片940nm波長脈沖VCSEL陣列，其600W峰值光功率可以支持超過250米的探測距離，具有低占空比的特點，平均光功率僅為半瓦。

圖2 TriLumina開發出了對人眼安全的倒裝芯片940nm波長脈沖VCSEL陣列

　　LiDAR的廣泛部署有望實現

　　雖然現在MEMS和機械式LiDAR面臨的挑戰確實是廣泛部署LiDAR技術的主要障礙，但這可以通過有望在2019年初完成車規認證的新型VCSEL激光技術來克服。想象一下在車內和車外都有感應功能的無人駕駛汽車，將可以大大減少每年超過3.7萬的交通事故死亡人數，并且實現無人駕駛。

　　這些目標只能通過控制成本、減小尺寸、滿足汽車可靠性要求和擴大探測距離，同時確保人眼安全來實現。利用正確的激光技術，LiDAR將可以采取下一步措施邁向更廣泛的部署。

　　TriLumina目前正為汽車ADAS(Advanced Driver Assistance Systems，高級駕駛輔助系統)應用開發VCSEL產品，并針對性能、尺寸、成本、人眼安全和汽車一級資質等各個特定領域進行研究，以實現LiDAR的廣泛部署。這是基于專利倒裝芯片和背發射VCSEL陣列，而該陣列可將高脈沖功率陣列、集成微光學器件和電子束轉向集成在一個芯片上。