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Whoscored中文官网 | 编译自 Photonics Frontiers

根据沃尔沃汽车公司的研究，激光雷达技术可以减少高达20%的严重事故。

实现激光雷达的光学和光子元件的技术进步，对道路安全的提升起到了重要作用（Velodyne公司提供）。

这家汽车制造商2022年的研究表明，在已经很安全的汽车上增加激光雷达，可以减少高达20%的严重事故，整体避免碰撞的能力可以提高高达9%。

这项研究是基于沃尔沃汽车交通事故小组收集的数据的情景频率，该小组调查了自1970年以来在瑞典哥德堡100公里范围内发生的涉及沃尔沃汽车的每一起严重事故。他们工作的目的是了解更多关于事故及其后果的信息，这些知识随后可被应用于产品开发。

构成激光雷达的光学和光子组件的技术进步对其承诺的安全提升起到了重要的作用。但是，激光雷达公司面临的挑战不仅仅是制造一台可以与人眼竞争的机器，而是制造出可以大规模生产的东西，而且成本要适合于它所在的车辆。

多结VCSEL技术

实现这些要求的产品是Velodyne公司的Velarray H800，它足够紧凑，可以集成在汽车的挡风玻璃上。据报道，它是第一个将两个照明模块（用于短距离和长距离测量）集成在同一装置中的激光雷达系统，减少了每辆车所需的设备数量。H800的市场价格为500美元，尺寸为80 x 55 x 90毫米，它将Velodyne基于边缘发射激光器（EEL）的微型激光雷达阵列（MLA）与一个VCSEL近距离照明模块集成在一起，覆盖的距离从10厘米到200米。

MLA引擎对远距离的障碍物进行飞行时间测量，最远可达200米。它由8个EELs、8个光电二极管和光学元件组成，全部装配在同一基板上，尺寸仅为14.1mm x 8.9mm x 2.05mm。

但是为了分析10厘米至20米的较近距离的场景，这通常是使用EEL难以实现的，一个基于VCSEL的照明模块被集成在MLA之上。该技术类似于智能手机面部识别软件所使用的技术，但需要更高的功率才能将光线发送到20米以外的环境中。这里的创新之处在于VCSEL芯片上的五-结发射结构。

VCSEL通常从单层产生光，但堆叠多层可使VCSEL更好地放大光功率，增加增益。这是因为需要在VCSEL上沉积较少的分布式布拉格反射层来捕获光并实现激光增益。更少的层数降低了内阻，提高了效率。这反过来又减少了达到特定光功率所需的电功率。

Velodyne公司使用欧司朗5J多结VCSEL 905纳米，它使用了欧司朗子公司Vixar的模具，Vixar是第一家将多结VCSEL技术商业化的公司。

以较小的尺寸创造出更强大的照明产品的可能性，使得激光雷达在尺寸、重量和成本都很重要的其它应用中打开了大门。

Yole SystemPlus（属于Yole Group的子公司）在一份拆解报告中分析了这项技术，详见《Velodyne Short and Long Range Lidar with VCSEL and EEL（2023年4月）》。

硅光子的好处

为了进一步减小尺寸和成本，少数激光雷达公司正在依靠硅光子技术，这种方法将激光雷达放在微芯片上。位于纽约的Fi rm Voyant公司就是这样一家公司，它已经获得了1540万美元的资金，以实现其频率调制的连续波（FMCW）技术的商业化。FMCW更适合于芯片集成，是芯片级激光雷达公司的首选技术。

英特尔也在研究硅光子激光雷达，说它想在2025年前让自动驾驶汽车上路。但并非所有人都认为2025年是切换的时候。Yole集团估计，在80家左右的激光雷达公司中，约有80%仍在使用飞行时间。

FMCW的一个挑战是，它需要一个非常稳定的激光。在飞行时间中，增加激光功率可以增加感应范围，但由于FMCW使用光子的相位和频率来测量距离，激光的相干长度设定了最大的感应距离。单频操作可以通过使用光栅来实现，它可以选择一个单一的激光模式，尽管与脉冲操作相比，这增加了激光雷达的复杂性和成本。平衡光电探测器，混合本地和返回的信号并提取相位和频率，也需要额外的硬件。虽然峰值功率可能比飞行时间低，但激光器仍然需要几百毫瓦的平均功率来克服硅波导的损失。

此外，虽然硅芯片比离散的FMCW组件便宜，但光子在微小范围内的操作比电子更棘手。但是，FMCW具有许多优势，如高精度、低成本和可扩展性。