目录

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2022——激光雷达放量承上启下之年

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中国不仅是激光雷达主要下游市场，还是产业的重要参与者

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发射模块：VCSEL芯片化成为未来发展趋势，905nm仍是当前主流

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扫描模块：振镜、转镜关联技术路线，常规光学件走量应用

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接收模块：光电探测器与信号处理电路重要性日益突出，固态式发展将进一步加强趋势

一

2022——激光雷达放量承上启下之年

·短期来看，乘用车激光雷达迎来一波交付潮

2021-2022H1 国内激光雷达装配量规模较小，下半年新车型密集交付将推动装配加速。高工智能监测数据 显示，2021年中国市场（不含进出口）乘用车新车前装搭载激光雷达接近 8 千台。根据佐思汽研统计，2022年上半年，国内乘用车新车激光雷达装配量达到2.47万颗，其中小鹏P5最多，为1.84万台，占到同期总安装量的74.4%。上半年国内搭载激光雷达的车型中仅有小鹏P5和蔚来ET7实现了交付，为装配量主力，其他下半年交付的车型因前置生产或测试有小批量的激光雷达安装。

价格持续下探，未来有望提升标配率并进入更多低价车型。Velodyne最早推出的车载激光雷达售价高达数万美元（HDL-64 售价约7.5万美元），目前Livox HAP已将售价降至7999人民币。Yole预测，2021年长距车载激光雷达均价为596美元，2032年有望降至372美元，短距激光雷达2032年有望降至102美元。随着激光雷达成本进一步降低，未来激光雷达的标配率有望提升，并进入更多低价位车型。

·自动驾驶驱动激光雷达的长期逻辑不变，产业未来几年将保持高增速

自动驾驶解放注意力，赋能汽车成为最大智能终端。未来汽车核心竞争要素将围绕智能座舱与自动驾驶展开，当自动驾驶完全解放驾驶员的双手和注意力后，智能座舱中可提供的休闲娱乐功能将更加丰富，乘车体验也将更加舒适，届时汽车将真正转变为以人为中心的“第三生活空间”，成为下一个互联网的入口，也成为终端消费者的第一触点，因此自动驾驶将长期保持汽车产业未来升级发展的方向。

法规问世与扶持政策持续加码，保障全球自动驾驶长期渗透推进。自动驾驶相关法规的缺失一方面使无人车运营商的测试、运营受到限制，另一方面使大部分乘用车自动驾驶等级在L2+/L2++徘徊。日本和德国分别于2019年和2021年通过相关法规，允许高等级自动驾驶汽车上路行驶，并对驾驶员的行为和法律责任进行了界定；美国2017年出台关于自动驾驶的首部重要联邦立法，各州也积极推动自动驾驶立法；韩国也于近日公布《移动创新路线图》和《第三期汽车政策基本规划案》，制定自动驾驶普及“三步走”计划，并提出到2027年实现自动驾驶汽车的商业落地。中国也在稳步推进自动驾驶落地，今年8月起正式实行的《深圳经济特区智能网联汽车管理条例》，在权责认定方面做出明确规定，填补了国内相关法律 的空白，有望为国家和其他地方政府推出相关政策提供参考。此外，今年以来国内多项自动驾驶扶持政策出炉，进一步推动自动驾驶的落地应用。

多传感器融合为自动驾驶感知方案主流选择。虽然Tesla迈向纯视觉方案，但从安全性角度，基于摄像头的视觉方案在暗光、环境大光比以及雨水遮挡的情况下容易失效，难以用算法解决，同时深度学习算法难以避免长尾效应。从商业的角度，大多数主机厂缺乏Tesla的数据和算法积累，跟随Tesla方案难以在同一时期达到相同水平。目前绝大多数厂商均使用多传感器融合技术（包括主打视觉方案的Mobileye也开始自研激光雷达），即通过不同种类的传感器遍布车身，实现 360 度无死角和远中近扫描，获取海量数据，融合分析后形成驾驶决策辅助驾驶员或控制汽车。各传感器应对不同场景，实现优势互补。

高等级自动驾驶系统内激光雷达不可或缺，单车平均搭载量将持续提升。摄像头受环境光照影响大，距离测算依赖算法。毫米波雷达角分辨能力很差，对金属的探测灵敏度远高于非金属材料，导致其在人、车混杂的场景下对行人的探测效果不佳。超声波雷达测距短，主要用于倒车雷达。激光雷达兼具测距远、角度分辨率优、受环境光照影响小的特点，可显著提升自动驾驶系统可靠性，是众多L3及以上自动驾驶系统必备的传感器。随着高等级自动驾驶渗透率的提升，市面上激光雷达单车搭载数目将不断上升。根据Yole预测，2032年市场上单车激光雷达的平均搭载量将达到3颗，头部车型搭载量达到6颗。

二

中国不仅是激光雷达主要下游市场，还是产业的重要参与者

在后续发展中，我们认为L4自动驾驶市场中半固态激光雷达渗透率有望逐步提高，相关龙头厂商持续受益。此前市场中的Robotaxi以及Robodelivery的一大标志便是车顶的机械式激光雷达，其主要原因为：

1）L4 Robotaxi相比乘用车更早开始大规模引入激光雷达，彼时只有机械式激光雷达较为成熟。

2）机械式激光雷达拥有360°扫描视野，且扫描均匀性好。

然而实际运用中多台机械式激光雷达的布置也存在各种问题：

1）机械式激光雷达购置成本高昂，且由于寿命较短，后续更新维护成本较高。

2）能发挥机械式激光雷达360°扫描能力的布置方案即水平布置在车顶，而其他方案可能造成扫描功能的浪费，例如使用斜向布置的机械式激光雷达对车辆近距离区域进行覆盖，或将机械式激光雷达布置在车前，都导致相应激光雷达有一部分的工作角度是无意义的。上述情况可以考虑使用几台半固态激光雷达进行替代。

随着半固态激光雷达技术成熟，半固态方案或成为Robotaxi的中长期更优选择。无人车上使用多台半固态激光雷达也能实现大范围视野的覆盖，寿命更长久，成本有下降空间，同时可实现更隐蔽的布置方案，有利于保护设备安全、外形更加美观。目前市场上已有相应的装车案例，例如百度阿波罗6代使用8台半固态激光雷 达，整车量产成本控制在25万元。Mobileye基于蔚来ES8打造的无人车也使用 Luminar和一径科技的半固态激光雷达（9台）而非机械式。我们预计在中长期自动驾驶市场中半固态激光雷达渗透率将逐步提高，相应的半固态龙头厂商也有望受益。

·中国正形成车载激光雷达生态系统，产业链成熟度逐渐提高

激光雷达产业的上游主要包括发射模块（激光器）、光学部件、接收模块（光电探测器）和信号处理电路（前端处理：TDC、TIA等，主控单元：FPGA、ASIC 等）。元器件直接影响激光雷达产品技术性能与成本控制。产业中游为激光雷达整机厂商，主要负责整合与算法。产业下游主要包括ADAS、无人驾驶、车联网和服 务机器人四大应用领域。

上游元器件战略意义突出，激光雷达厂商加强垂直整合。上游元器件对整机性能与成本控制有着重要影响， 掌控元器件意义重大。多家激光雷达头部厂商开启上游元器件技术布局，以加强核心技术积累、成本及体积控制、产品差异化设计与供应保障能力。

激光雷达产业链的上下游已经涌现出一大批有竞争力的中国企业。上游发射端有炬光科技、长光华芯等， 扫描端有英唐智控、舜宇光学等，接收端有阜时科技、芯视界等；中游激光雷达厂商有禾赛科技、速腾聚创、华为等；下游整车厂如理想、小鹏、蔚来等都已开始在自家车型中搭载激光雷达。

从上游元器件投资逻辑来看，可从上量顺序、技术路线关联程度、竞争壁垒和国产替代壁垒四个维度进行划分。

1）常规光学元件大多与激光雷达技术路线无关，种类和用量较多。虽然常规光学元件技术门槛相对较低，但这也意味着国产替代难度较低，是国内企业能优先实现上量的环节。若未来出现竞争加剧的情况，我们看好可提供一体化解决方案且成本管控能力强的供应商。

2）激光器和探测器相互对应，上量进度匹配。两者都与激光雷达整体技术路线发展有一定的关联，例如，三大类激光器中，VCSEL有望在905nm ToF激光雷达中对EEL形成替代，而光纤激光器绑定 1550nm技术路线；探测器中，905nm ToF 激光雷达将逐步转向SPAD阵列，1550nm或将延续APD。从国产替代难度来看，激光器领域国内已有长光华芯、炬光科技等具备一定实力的企业，而探测器环节国内以初创公司为主，海外CIS大厂具有较为领先的技术优势。

3）MEMS 振镜是采用半导体工艺制造的特殊光学件，与技术路线关联程度最高。MEMS 振镜具有较深的 技术壁垒，目前符合车载激光雷达要求的MEMS振镜仍然稀缺。国内希景科技具备设计能力，已取得较为领先的进展，搭载其产品的速腾 M1 已实现装车。此外，英唐智控也通过并购涉足该领域，并且具有生产能力。

三

发射模块：VCSEL芯片化成为未来发展趋势，905nm仍是当前主流

激光器主流技术路线包含EEL（边发射激光器）、VCSEL（垂直腔面发射器）和光纤激光器。按照增益介质的不同，激光器可以分为气体激光器、固态激光器、光纤激光器、半导体激光器（激光二极管）和液体激光器五大类。EEL与VCSEL均属于半导体激光器，光纤激光器主要用半导体激光器做泵浦源。

·EEL：技术成熟，现有激光雷达的主流选择

EEL技术发展成熟，已应用于多款激光雷达。EEL是在芯片的两侧镀光学膜形成谐振腔，沿平行于衬底表面发射激光，具有较高的功率密度。边发射激光芯片是最初的半导体激光器概念，经过数十年的发展已相当成熟。EEL已经应用于多数机械式激光雷达，以及法雷奥SCALA Gen.1、速腾聚创M1、大疆Livox Horizon在内 的半固态激光雷达。Focuslight对50多项激光雷达的统计结果显示，EEL占比最高，达到55%，其次是VCSEL， 占比18%。

常见的边发射激光芯片相关产品有单管芯片、光纤耦合模块、巴条芯片、阵列模块等。单管芯片只有一个发光单元，巴条芯片是由多个发光单元并成直线排列的激光二极管芯片，巴条芯片经过钝化、解膜后，可解理为单个发光单元的单管芯片，单管和巴条芯片主要用于工业泵浦、科学研究、激光装备等。光纤耦合模块通常是由单管芯片经过光学整形合束耦合封装而成，主要用于光纤激光器、固体激光器泵浦源等；阵列模块通常是由巴条芯片集成封装而成，主要用于固体激光器泵浦源等。

激光雷达为EEL增速最快的细分市场之一，预计2026年市场规模超过4亿美元。根据Yole数据，EEL整体市场规模在2020年为28.74亿美元，预计2026年达到 66.13亿美元，2020-2026年CAGR为15%。从市场构成来看，目前光通信领域是 EEL 主要应用市场，2020年占比60%，未来仍将保持15%的高复合增速。EEL增 长最快的领域包括传感、医疗和照明，预计2026年市场规模达到7.78亿美元，CAGR为25%。EEL在传感领域的增长将主要由激光雷达需求驱动，预计到2026年激光雷达领域的EEL出货量接近1亿个，市场规模将超过4亿美元，2020-2026年市场规模CAGR约为72%。

ams OSRAM是行业领先的供应商。目前激光雷达EEL的供应商主要为海外的 ams OSRAM（速腾聚创 M1、Cepton）、日本滨松（Livox Horizon）、Excelitas（LeddarTech Vu8）、国内的长光华芯、瑞波光电子等。ams OSRAM是市场上少有的同时提供EEL和VCSEL解决方案的厂商，技术领先，其新开发的芯片设计收窄了EEL激光器的温漂曲线，在汽车应用的典型工作温度高达 125°C时可以媲美VCSEL的波长稳定性，已有十多款汽车型号所采用的LiDAR辅助系统搭载了它的激光器。

·VCSEL：易实现高度集成，未来有望逐步替代EEL

VCSEL起源于1979年，最初应用于短距数据通信（光芯片），之后应用于一些对小体积低功率光源有需求的消费电子，如鼠标、激光打印机等。2014年起，VCSEL在传感器中得到应用，替代LED应用于手机接近传感器、扫地机器人等短距测距场景。2017年，VCSEL被成功应用于iPhone人脸识别模组，开始大规模受到 关注；同时由于功率提升，在激光雷达、安防照明等中长距领域也逐步开始得到应用。VCSEL芯片相比EEL芯片结构更为复杂，工艺难度更高。典型的VCSEL结构自上而下分别是：电流注入所使用的欧姆接触、P型的顶部分布布拉格发射镜（DBR），多量子阱有源区、N 型的底部分布布拉格发射 镜以及最底部的 N 型基质。顶部与底部的DBR构成激光谐振腔，长度为数微米，与激光波长在同一数量级。工作时载流子被注入有源区的量子阱中，产生辐射跃迁，经过谐振腔的选模，在垂直于衬底的方向上输出圆形的激光光束。相比于EEL的结构，VCSEL显然更为复杂，工艺难度也更高。其工艺高难度主要体现在VCSEL谐振腔短（仅几微米长），导致其单程增益长度也极短，因此就要求制作的分布布拉格反射镜（DBR）材料质量必须良好，还要求DBR的发射率极高（一般要求99%以上），目前如何获得高质量的DBR是VCSEL制作过程最主要的难点。

VCSEL相比EEL具有更多技术优势。VCSEL不同的结构和制造工艺决定了其具有诸多不同于EEL的特点，这些特点也为VCSEL带来了许多应用上的优势。

1）可低成本、大批量生产：EEL发光面位于半导体晶圆的侧面，使用过程中需要进行切割、翻转、镀膜、 再切割的工艺步骤，极其依赖产线工人的手工装调技术，生产成本高且一致性难以保障。此外EEL只有切割晶圆后才能完全产生激光，在生产过程中无法进行测试。VCSEL的发光面与半导体晶圆平行，具有面上发光的特性。VCSEL的制备和封装工艺基本上与LED互相兼容，在精度层面由半导体加工设备保障，良品率高。VCSEL还可在晶圆切割、封装前进行测试，相比EEL能有效降低在废品上耗费的资源。

2）易于制作二维集成器件：VCSEL的一个关键优势是可以制作单片集成的二维阵列用于高功率输出，而EEL无法实现这一点。

3）窄带宽、温漂低：VCSEL波长带宽可以做得非常窄，通常小于5nm，这也是 VCSEL在光通信领域得到广泛应用的关键原因。VCSEL的激光波长由谐振腔的光学厚度决定，而材料的折射率和热膨胀系数随温度变化很小，使得温度对光学厚度的影响较小，进而波长随温度的变化较小。EEL的激光波长由材料的增益谱峰值决 定，而材料的增益随温度的变化较明显，因而波长随温度的变化较大。VCSEL激光波长随温度的漂移率只有0.07nm/K，而EEL为 0.22nm/K。

4）低阈值电流：VCSEL仅需要亚毫安量级的阈值电流，以及在一些实际应用只需要毫瓦量级的输出功率时，VCSEL只需要很小的驱动电流，这大大降低了器件的功耗，并使得驱动部分的电路设计更简单容易。

5）光束质量：由于VCSEL可以发射出圆形光斑，因此，通过适当结构设计的VCSEL可以发出单横模光束。与EEL相比，这种优异的光束质量降低了光束耦合和光束整形系统的复杂性和成本，与光纤耦合效率高。

随着汽车激光雷达的市场需求增长，多结VCSEL阵列成为全球领先厂商的重点布局产品。相比单结VCSEL，多结VCSEL可以：①提升能量转换效率（PCE），降低功耗；②提供更高的功率密度，对光学系统设计更加友好；③提高效率，对激光驱动器更加友好；④提供更高的峰值功率，扩大测距工作范围；⑤降低激光器的“每 瓦成本（Cost per Watt）”。2020~2021年，全球主要厂商陆续发布了双结和三结 VCSEL 产品，Lumentum 则在2021年3月首发五结和六结VCSEL阵列，每个发射孔的光功率超过2W，从而使得1平方毫米VCSEL阵列的峰值功率超过800W。

可寻址VCSEL实现高性能发射。可寻址VCSEL通过可控的多光束扫描技术，可控制VCSEL阵列特定区 域进行发射；同时，探测器可以开启与发射相对应的区域，接收目标反射光；最终通过电子扫描，完成整个视场范围内的激光雷达点云获取。Ibeo的Flash激光雷达上所使用的Sequential Flash技术就在可寻址VCSEL上建 立。可寻址VCSEL阵列具有以下优点：①有效控制出光区域，可提升峰值功率;②通过合适的系统设计，可实现系统级抗干扰能力;③具有更好的发光效率，可节约系统功耗;④散热性能更好。综上所述，多结、可寻址VCSEL阵列是实现高性能全固态中远程激光雷达的关键底层技术。

VCSEL下游通信市场规模有望超越消费电子，汽车市场增速最快。根据Yole预测，VCSEL整体市场规模在2022年为16亿美元，预计2027年达到39亿美元，2022-2027年CAGR为19.2%。从市场构成来看，消费电子和通信是VCSEL主要应用市场，预计2027年市场规模分别达到17亿美元和21亿美元。2022年VCSEL在汽车领域市场规模仅为180万美元，随着激光雷达和DMS的应用放量，预计市场规模将以96.6%的高复合增长率增长至2027年的5300万美元。

激光雷达兴起与国内激光雷达厂商崛起为国产VCSEL带来发展机遇。Lumentum、ams OSRAM等海外VCSEL厂商亦在拓展车载激光雷达产品，但目前激光雷达市场仍处于萌芽阶段，VCSEL的渗透率还很低，国际厂商尚未构建市场格局，为国内厂商带来发展窗口。目前长光华芯、炬光科技、纵慧芯光已布局激光雷达市场，并开始与下游激光雷达厂商展开合作，甚至获得头部厂商的战略投资。国内激光雷达厂商的快速发展有利于国产VCSEL的导入与替代，国内VCSEL厂商有望在激光雷达市场获得发展机遇。

·光纤激光器：配套1550nm技术路线，尚未对905nm形成压倒性优势

背景辐射分布与供应链决定了当前以905nm和1550nm为主的竞争格局。激光雷达系统的目标之一是发射不会干扰其他传感器（照相机、人眼）的光线。因此，激光雷达的波长主要位于电磁波谱的近红外部分（750nm至1.5μm）。目前主流方案集中于905nm和1550nm这两个特定波长，其主要原因是：

1）背景辐射分布：太阳光在经过地球大气体系吸收后，到达地面的光谱强度分布并不均匀，即各个波长的 背景辐射存在差异。905nm和1550nm均处于低背景辐射段，采用这两种波长可以降低背景辐射的干扰。

2）相关产业链成熟度：手机、平板等消费电子产品上的激光雷达阵列主要采取940nm激光，产业链发展成熟，905nm与940nm波段接近，都使用GaAs衬底，可以享受同样成熟的产业资源，而且 905nm 的背景辐射 强度比 940nm 更弱。1550nm则是玻璃光纤的最低损耗窗口，在光纤通信中得到广泛应用。

3）接收端信号探测能力：典型Si基探测器在900nm附近的灵敏度最高，典型InGaAs探测器在1500nm附近的灵敏度最高。

在车载激光雷达的发展中，光纤激光器与1550nm这两种技术路线总是同步出现，一方面也是因为产业链成熟度，另一方面则是为了满足远距离探测的需要。

1）产业链成熟度：首先1550nm在光纤通信中广泛应用，光纤激光器发展成熟。其次，衬底材料基本决 定了半导体激光器的波长，采用InP基底的EEL和VCSEL虽然可以产生 1550nm 激光，但相关产业链不成熟， 成本高昂。根据Yole数据，4寸InP 衬底的成本是6寸GaAs的3倍以上，4寸InP EEL的材料和制造成本总和是6寸GaAs EEL的1.7倍以上。

2）满足探测距离需要：1550nm光波比905nm光波更容易受到大气中水滴的吸收，例如1550nm在下雨/雾天的衰减程度是905nm的4-5倍，因此必须使用更高功率的光纤激光器来克服以提升探测距离。

1550nm 相比 905nm 人眼安全性高，进而能够扩大功率以提高探测距离。905nm 光波一般使用半导体激光器产生，EEL 和 VCSEL（GaAS 基底）均可，整体实施成本低。905nm 相比 1550nm 更接近人眼可见光波段， 同时在水中衰减更弱，容易损害视网膜，因此功率受限，进而影响到探测距离提升。1550nm 距离可见光波段远， 且容易被水吸收，在同样的光斑大小和脉宽条件下，对视网膜危害低，功率限制小，可以通过加大功率来提高探测范围。

1550nm 光纤激光器提高功率解决衰减问题，但面临高功耗、低能量转换效率的问题。基于前文的分析， 由于 1550nm 有高人眼安全性，光纤激光器能以提高功率来解决衰减问题，并获得超过 905nm 的探测距离。例如图达通 1550nm 激光雷达的最远探测距离达到 500m（905nm 典型值为 200m-300m），10%反射率条件下探测距离达到 250m（905nm 典型值为 150m-200m）。但这也产生更高功耗的代价。905nm 激光雷达的典型功耗在 20W 左右，而 1550nm 的典型功耗则在 30W 以上。905nm 半导体激光器相对光纤激光器少了光纤耦合和放大的过程，能量转化效率更高。1550nm 光纤激光器方案的系统成本仍较高。1550nm 光纤激光器系统成本较高主要来自激光器和探测器两方面，

1）激光器：根据 Innoviz 上市路演报告，1550nm 光纤激光器单位价格达到 5000 美元，援引某中国供应商的数据显示百万台供货量时单位价格仍达 1000 美元；而 905nm 激光二极管的单位价格约为 10 美元，百万支供应量时单位价格为 4 美元。

2）探测器：因为材料的光敏性不同，1550nm 探测器需采用 InGaAs 制造，成本相 比 Si 基上升幅度大。目前 1550nm 激光雷达主要代表厂商为 Luminar 和图达通，对应的车型蔚来 ET7、沃尔沃 EX90 均属于中高端车型。

1550nm 与前沿 FMCW 技术绑定，发展潜力仍巨大。目前所有大规模量产的车载激光雷达均使用 ToF 测距原理，即通过出射脉冲光和回波的时间差乘以光速得到距离。FMCW 发射连续激光而非脉冲，通过回波信号与参考光的频率差，间接获得飞行时间反推目标物距。FMCW 能实时测量速度，信噪比高于 ToF，相同最大探测距离下所需激光的峰值功率约为 ToF 的 1/10000，因此对人眼更加安全。根据 Innoviz 路演说明，FMCW 需用 1300nm-1550nm 波长，这使得 1550nm 仍存在巨大发展潜力。但需注意目前 FMCW 激光雷达还处于概念机阶段， Aeva 的 SOP 时间定在 2023Q4，Mobileye 预计等到 2025 年以后才能量产。

光纤激光器国产化率高，国内企业持续蚕食海外龙头市场份额。根据中国科学院武汉文献情报中心的《中国激光产业报告》，锐科激光、创鑫激光、杰普特等为代表的一批国产厂商崛起，不断突破技术瓶颈，依托本土市场的优势，持续抢占 IPG 等海外厂商的市场份额，光纤激光器低功率段已完全实现了国产替代，正在不断 实现中高端市场的国产替代。价格方面，以 1kW 激光器为例，2017 年进口平均价格为 12-20 万元，国产平均价格为 10-15 万元，比进口价格低 20%-25%，而 2019 年进口平均价格已下降至 5~6 万元，国内价格已降至 3-5 万 元，下降了 50%-80%。

国内光纤激光器企业实力强劲，但我们认为在激光雷达光纤激光器路线中，投资光纤器件的机会优于光纤激光器本身：

1）目前市场上多数光纤激光器聚焦于材料加工领域，功率、成本、体积均较高，不符合车载激光雷达需求。光纤激光器厂商切入该市场需开发契合需求的紧凑型光纤激光器，需要与激光雷达厂商开展定制合作。

2）光纤激光器是 1550nm 激光雷达核心部件，成本占比高。镭神智能资料显示光纤激光器占激光雷达成本的 80%-85%，如果 BOM 占比如此高的部件通过外购解决，则对激光雷达厂商的盈利水平影响较大。因此可以看到有 1550nm 光纤激光器方案的镭神智能、一径科技、Luminar 均有自研光纤激光器。

3）三大类激光器中，自研光纤激光器的投入对激光雷达厂商来说相对可接受。从各激光雷达厂商向上整合三大类激光器的方式可以观察到，EEL 和 VCSEL 均是对激光器厂商进行战略投资或相互建立合作，这是因为激光雷达厂商若要自研半导体激光芯片，需要解决芯片设计、代工、封装甚至 IDM 等多项问题，前期投入太大。而光纤激光器本质上是由半导体激光芯片以及各种光学元器件组成的一个“盒子”，我们认为自研激光雷达光纤激光器的简化过程为：①根据车载激光雷达功率、体积的需求设计方案，②根据设计方案选择合适的元器件物料进行组装适配与调试。总体而言，我们认为对激光雷达厂商而言，自研光纤激光器与自研激光芯片（EEL、 VCSEL）所需的投入不在一个量级。

4）光纤器件占 1550nm 激光雷达成本达到 7 成。根据锐科激光和杰普特的公告，原材料在其激光器中的成 本占比超过 80%。按镭神智能披露的数据，光纤激光器占激光雷达成本的 80%-85%，光纤器件占光纤激光器成 本的 90%，则光纤器件在 1500nm 激光雷达中的成本占比约 7 成。

5）光纤器件行业盈利水平优于光纤激光器。随着功率的降低，光纤激光器毛利水平呈下降趋势。根据中国 科学院武汉文献情报中心的《2021 年中国激光产业报告》，10kW 光纤激光器毛利率为 30-40%，而 1kW 光纤激光器的毛利率降低到 10-15%。相对而言，光库科技、腾景科技、天孚通信的光纤器件业务毛利率水平更高。

泵浦源为光纤激光器核心零部件，成本占比高达 50%。光纤激光器的核心器件包括泵浦源、谐振腔、增益 光纤，其他器件包括隔离器、合束器、耦合器、波分复用器等。半导体激光芯片（例如 EEL）可封装为泵浦源。根据长光华芯招股说明书，泵浦源是激光器的核心器件之一，占光纤激光器成本比例高达 50%。泵浦源内部是将多颗半导体激光芯片的光线进行合束，激光芯片占泵浦源成本的 10%。

从供应商来看，目前涉足激光雷达光纤激光器整机供应的厂商普遍具有定制化能力，例如海外 Lumbird 可面向激光雷达市场提供定制产品，国内海创光电推出了用于自动驾驶的迷你脉冲激光器。从元器件角度， 泵浦源厂商与半导体激光器厂商重合度高，包括 II-VI、Lumentum 和长光华芯等，虽然目前没有看到上述 公司专门面向激光雷达光纤激光器路线推出的泵浦源，但具有能力迁移。其他光学组件方面，国内光库科技可提供隔离器、合束器、光纤光栅等产品，为国内外多家基于光纤激光器 1550nm 光源方案的激光雷达 公司提供全系列高性能、低成本、高可靠性的光纤元器件。

四

扫描模块：振镜、转镜关联技术路线，常规光学件走量应用

·MEMS 振镜：MEMS 激光雷达核心光束操纵件，技术壁垒高

MEMS 技术应用广泛，光学 MEMS 市场规模快速增长。MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）即微机电系统，集传感器、微机械结构、信号处理和控制电路于一体，其内部结构一般在微米甚至纳米量级，常见的产品包括 MEMS 麦克风、MEMS 加速度计等。光学 MEMS 是 MEMS 技术的重要分支，主要应用领域包括光通信、光显示（例如 DMD 芯片）、智能终端等。根据 Yole 数据，2020 年全球光学 MEMS 市场规模为 5.3 亿美 元，预计 2026 年达到 9.16 亿美元，期间年复合增长率为 9.5%，以激光雷达、VR/AR 为代表的新兴光学 MEMS 应用将迎来快速增长。

MEMS 振镜是微型光学控制器件，在汽车上已有 HUD、激光大灯等成熟应用案例。MEMS 振镜是在硅片 上采用半导体工艺做出来的高精密、微小活动部件。激光雷达并非 MEMS 振镜第一次上车，同为 MEMS 振镜 的 DMD 芯片已在 HUD、汽车激光投影大灯上实现了成熟应用，这也为 MEMS 振镜技术在车载环境下的可靠 性提供了背书。

MEMS 振镜有利于激光雷达的小型化与成本控制

MEMS 振镜转动幅度较小，多组激光器分区扫描扩大视场角。传统 N 线机械式激光雷达需要 N 组收发模组，而 MEMS 振镜作扫描装置可使激光收发模组数量大幅减少，从而有利于激光雷达小型化与成本降低。MEMS 振镜的机械摆动幅度较小，通常在 15°（±7.5°）以内，对应的 2 倍光学偏转角度在 30°以内。实际运用中， MEMS 激光雷达通常采用多组激光器分别扫描一部分视场，最后拼接以扩大视场角。

理论上单双轴 MEMS 振镜搭配不同激光方案均能实现二维扫描。单轴（1D）MEMS 振镜中，激光束被整形为线状（水平或垂直），振镜一维转动实现激光以“线”扫“面”。单轴 MEMS 振镜因整体结构更为简便， 所以容易得到更大的扫描角度、更大的光学孔径和更高的谐振频率。双轴（2D）MEMS 振镜操纵光束以“点” 扫“面”（Z 字形），结构及工艺较为复杂，其扫描角度一般较小。

双轴方案更为行业龙头青睐。尽管双轴振镜相比单轴振镜存在结构、控制更复杂，转动幅度更小的问题， 但行业龙头 Innoviz、速腾聚创的 MEMS 激光雷达均采用双轴振镜，我们认为可能的原因有以下几点：

1） 探测距离：根据能量守恒定理，激光束整形为线束后，会使得激光源的能量被分散，进而影响到探测距离。

2） 抗干扰：长距离 MEMS 激光雷达为提高精度往往采用同轴光路，即出射光线与入射光线在激光雷达内共用同一条光路，仅在发射端和接收端采用分光镜进行分离。根据光路可逆定理，干扰光线（环境光、其他激光雷达发射光线）与激光束方向完全一致时，便有机会进入收发光路造成干扰，尤其是在接收端采用高灵敏度 SPAD 阵列时，即使微弱的干扰光线也会产生错误信号。单轴转镜以“线”扫“面”， 激光出射光路增加，使得干扰光线进入激光雷达光路的概率增加。

3） 更少的激光器：双轴振镜方案只需满足足够水平 FOV（例如 120°）的激光器数目，速腾聚创 M1 使用 5 组，Innoviz 使用 4 组。在单轴振镜方案中，如果使用一组激光器整形为一条线光斑，则面临能量分散的问题。假设使用 4 组激光器整形为一条线光斑，然后使用 3-5 条线光斑实现 120°的水平 FOV 覆盖，总体所需的激光器数量达到 12-20 组，数目较多。

4） 光源整形难度较低。静电式和电磁式是目前技术最成熟 MEMS 振镜驱动方式，电磁式的大偏转角度更适应车载激光雷达需求。按照驱动方式，MEMS 振镜可以分为静电式、电磁式、电热式和压电式，其中静电式和电磁式技术比较成熟， 应用也更为广泛。静电式 MEMS 振镜的整合度高，但偏转角度有限，厂商代表有 Mirrorcle、Innoluce（英飞凌 收购）、台湾 OPUS。电磁驱动产生的驱动力较大，并且是非接触式驱动，可以产生较大位移或转角，缺点是需要外加永磁磁铁或提供交变电场的线圈使得振镜封装体积增大，磁场也可能对其他电子元器件产生影响，该技术路线代表厂商有日本滨松、希景科技（速腾聚创投资）、Microvision。

MEMS 振镜设计、工艺复杂度高，规模效应下降本空间可期

MEMS 振镜在设计端具有较高的技术和经验壁垒。MEMS 振镜开发设计过程需要经过持续摸索，总结动力学规律，不断优化模型以降低频率偏差，确定适应的镜面尺寸，并获得尽可能大的旋转角度。如何通过车规也将贯穿于 MEMS 振镜的设计过程中。MEMS 制造工艺复杂，MEMS 振镜成本高昂。MEMS 的生产制造使用了包括体微机械加工和表面微机械加工在内的微细加工技术，并结合沉积、光刻、键合、刻蚀等集成电路工艺。与常规 IC 集成电路相比，MEMS 工艺的难度主要体现在需要用到复杂的体加工技术来制造三维机械结构，代工资源相对稀缺。制造水平将是 MEMS 振镜最终性能和可靠性表现的决定性因素。在未形成规模效应的情况下，复杂的工艺使得 MEMS 振镜具有较高的成本，Mirrocle 双轴 5mm（直径）MEMS 振镜的小批量供应价格高达 1059 美元。

规模效应有望带来可观成本下降空间。MEMS 制造的晶圆以 8 英寸和 6 英寸为主，制程在微米级，全球领先的纯 MEMS 代工企业 Silex 使用的制程在 0.25μm-1μm 之间。假设 MEMS 振镜直径为 5mm，Die Size 为 15mm × 15mm / 10mm × 10mm，则可在一片 8 英寸晶圆上产出超过 100/250 颗 Die，产量能够得到迅速提升。随着规模提升带来的价格下降空间预测可以参考 DMD 的情况。DMD 目前被 TI 垄断，从结构上看，我们认为它的 设计复杂度和工艺难度不比激光雷达的 MEMS 振镜低，然而每年投影仪百万级的出货量支撑了它的成本下探。根据 TI 官网信息，用于 4K 超高清投影的 DMD 最低单价已降至 40 美元，多数车载 DMD 型号的单价则在 100 美元以下。我们判断激光雷达 MEMS 振镜的难度相对 DMD 较低，规模效应有望推动其价格下降到车载 DMD 芯片的水平或更低。

我们预测 2022 年车载激光雷达 MEMS 振镜市场规模约为 2450 万美元，预计 2027 年增至 1.6 亿美元，期间 CAGR 为 45%。测算假设如下：

1）根据 Yole 对出货量份额的预测，2022 年乘用车 ADAS 前装市场的 MEMS 激光雷达占比约为 22%。我 们认为未来 5 年，半固态激光雷达仍将占据市场主力，固态技术尤其是 OPA 尚未成熟，未能开启大规模替代。在半固态激光雷达中，我们看好 MEMS 路线的发展潜力，一方面是该路线已被众多厂商选择，包括速腾、Innoviz 等行业龙头，法雷奥第三代产品也将加入；另一方面则源于对半固态激光雷达进一步降低体积和成本的路径推 演。基于此，我们乐观假设 5 年后 MEMS 激光雷达出货占比达到 70%。

2）根据 2.1 节的讨论，我们认为未来在无人车市场中，半固态激光雷达以其低成本、长寿命的优势也将逐步替代机械式激光雷达的份额。假设 2022-2027 年，MEMS 激光雷达的占比由 1%提升至 30%。3）价格方面，预计规模效应将驱动 MEMS 振镜成本快速下降，假设 2022-2027 年，规模化量产的 MEMS 振镜价格由 500 美元降至 50 美元。

符合车载激光雷达需求的 MEMS 振镜仍处于稀缺状态

不同场景下，激光雷达的 MEMS 振镜设计面临取舍，自动驾驶场景要求苛刻。MEMS 振镜的主要扫描参数包括：

1）扫描视场 FoV，包括水平和竖直方向。

2）扫描光孔径，对应 MEMS 振镜尺寸。振镜尺寸越大，激光雷达的空间分辨率、探测距离参数表现越好，但扫描角度会受到限制，因此尺寸选择面临取舍。

3）扫描速度 及谐振频率，对于自动驾驶应用的双轴 MEMS 激光雷达，MEMS 振镜的横轴（水平方向，快轴）扫描频率应在 0.5-2KHz 之间，纵轴（垂直方向，慢轴）扫描频率应在 10-30Hz 之间。此外，若选用的 MEMS 振镜的谐振频率较高，激光雷达的分辨率、帧率及鲁棒性均更佳。总体而言，自动驾驶对 MEMS 振镜的技术参数要求较为苛刻。

国内外已有多家厂商发布了 MEMS 振镜产品，国内厂商包括希景科技、英唐智控、知微传感，海外厂商包 括日本滨松、Mirrorcle、Innoluce、Microvision 等。日本滨松、智微传感的 MEMS 振镜尺寸较小，并非面向车载激光雷达设计。日本滨松的 MEMS 振镜采用电磁驱动，目前官网共列示三款型号，其中最大的振镜的直径为 2.6 mm，并非直接面向车载激光雷达应用设计。智微传感目前官网列示四款型号，特点是高频率和大扫描角度，其中 C1130 和 C1100 的光学偏转角度参数优异， 达到 60°，但其产品也存在镜面尺寸较小的问题，最大的振镜直径为 3 mm。

Mirrorcle 有大尺寸 MEMS 振镜，但偏转角度小。Mirrorcle 的 MEMS 振镜采用静电驱动，各种型号的偏转角度均不到±10°。产品按制备方式分为集成和键合两类，集成类的电路、机械结构、镜面均在同一片 Wafer 上 制备，最大镜面尺寸只有 2.4mm。键合版本的镜面则与底部的驱动器（电路和机械结构）分开制备，再进行组装。键合版本的优势是可以在相同的驱动器上安装不同尺寸的振镜，不需单独设计，丰富产品线的同时降低前期投入成本。键合版本的镜面直径可以做到 5mm 以上，但相应的机械偏转角度较小，并不满足自动驾驶激光雷达的视场需求。

MEMS 激光雷达厂商纷纷自研 MEMS 振镜，速腾聚创控股的希景科技进展最快。一方面，目前市场上缺乏满足自动驾驶激光雷达需求的 MEMS 振镜，另一方面，布局 MEMS 振镜有利于加强激光雷达厂商的核心技术积累和成本控制能力，并且定制化的 MEMS 振镜能更好地发挥系统整体的性能。速腾聚创、Innoviz、Aeye 等多家 MEMS 激光雷达厂商纷纷自研 MEMS 振镜，其中速腾聚创控股的希景科技进展最快，其开发的 MEMS 振镜（镜面直径 5 mm）已在 2019 年进入量产阶段，装配自研 MEMS 振镜的 M1 也已开始上车。

·转镜及其他光学件：光学件存在定制需求，国内供应资源充足

从制作工艺角度，激光雷达内部存在大量传统光学器件，执行扫描的转镜/棱镜具有特殊的定制需求。光学器件是激光雷达必需品，也需要满足车规对耐高温和抗振动等方面的要求。MEMS 振镜是采用半导体工艺制造的微型器件而相对特殊，其他的光学器件则隶属于传统光学器件范畴，采用研磨、模压等工艺制作。在各项传 统光学器件中，实现扫描的转镜/棱镜具有特殊的定制需求。

扫描转镜/棱镜定制程度高，BOM 占比随结构复杂度提升。当前转镜激光雷达内部有各种不同的设计方案， 从法雷奥 SCALA Gen.1、图达通 Falcon 和 Livox Horizon 三大转镜式激光雷达的设计来看，越复杂的转镜/棱镜设计，对应越强大的光束操纵功能，虽然扫描系统 BOM 占比随之提升，但激光收发的复杂度也有所降低（最直观的表现是可用较少的收发模组实现高线束扫描），这在一定程度上反映了激光雷达收发系统与扫描系统的强关联性。同时，扫描系统复杂度与 BOM 结构的变化关系，可以为其他转镜式激光雷达的成本结构分析提供借鉴。

1）法雷奥 SCALA Gen.1 采用一维转镜，本质上是一面反射镜在电机的带动下调整光线的水平扫描角度， 转镜本身只有一维扫描能力，而竖直方向的扫描角度则由激光源的装配决定。SCALA Gen.1 内部有 4 颗分立的 EEL 激光源，因此为 4 线束扫描。这种转镜扫描方案设计简单，工程上容易实现，转镜模组的 BOM 占比为 13%， 但若想升级高线束扫描需要较多的激光源。禾赛科技的 AT128 也是采用一维转镜的扫描结构，但用 VCSEL 阵 列解决了较多分立 EEL 激光源存在的高成本、大体积问题。

2）图达通 Falcon 也是运用反射镜控制光线，具体为振镜（运动的平面反射镜，不同于 MEMS 振镜）与旋 转棱镜分别调整光线在水平和竖直方向上的扫描角度，镜组 BOM 占比为 20%。

3）大疆 Livox Horizon 运用双楔形旋转透镜来调整光线扫描角度，其特点是非重复性扫描，随着时间推移， 可以获得极高密度的点云。Livox 特殊的结构也致使镜组 BOM 占比高达 54%。目前除了小鹏 P5 外，Livox 暂 未获得其他乘用车量产项目。

除去定制化程度较高的光束操纵件，激光雷达系统内部还有一系列光学常规件，典型的如准直镜、视窗等， 大部分光学常规件的使用与激光雷达技术路线无关，用量大体上与激光雷达出货量成倍数关系。光学件普遍有镀膜需求。由于激光雷达内部是特定波长，对于实现光线折射和反射的透镜和反射镜来说， 适当的光学镀膜是必要的，以增大在特定波段的反射率和透过率。例如，大约 4%的入射光将在未镀膜玻璃组件的每个表面上反射。可以应用抗反射涂层将每个表面的反射率降低到 0.1%以下，还可以应用高反射性电介质涂 层将反射率提高到 99.99%以上。根据 Alluxa，许多转镜激光雷达使用反射率99.5%的高反射率电介质扫描镜。

1）快慢轴准直镜：半导体激光器的初始光束是高度发散的，例如 EEL 光斑呈椭圆形发散，椭圆形的长轴称为快轴，短轴称为慢轴。高度发散的光线会导致能量随着传播距离快速衰减，为了获得均匀的平行光束，半导体激光器必须搭配快轴准直镜（FAC）和慢轴准直镜（SAC）进行调节。传统方案是采用模制非球面透镜或 多元素玻璃透镜，目前较新的微透镜技术可以粘合在激光二极管的发射孔前面实现非常紧凑的封装。快慢轴准 直镜的用量与激光器数目相关，例如速腾聚创 M1 内部有 5 组激光收发模组，对应 5 组快慢轴准直镜。

2）激光雷达视窗：视窗需要进行镀膜，以增大特定波长光线的透过率并隔绝其他波长的干扰光线。此外， 由于激光雷达可安置在汽车保险杠附近，有一定概率遭到路面碎石的撞击，视窗必须保持高硬度防冲击。

3）聚焦透镜：将返回光线聚焦到探测器平面上，在接收端基本是必备的。

4）窄带滤光片：窄带滤光片在特定的波段允许光信号通过，用在接收端以降低其他波段光线的干扰。

5）分光镜：分光镜与激光雷达光路方案存在一定的关联，主要在共轴扫描的激光雷达中分隔激光发射光线和探测光线。大多数 Flash 激光雷达都采用了非同轴光路的设计思路，不再需要分光镜。国内光学元件供应商众多，可提供一体化解决方案且成本管控优秀的企业有望获得竞争优势。国内具备光学元件供应能力的上游企业较多，已有多家公司表示已与激光雷达厂商建立合作关系或已经开始供货，产品包括透镜、视窗等。国内也有部分公司向满足激光雷达厂商定制化需求方面发展，例如炬光科技为智能驾驶激光雷达发射模组或系统专门设计透镜、光束扩散器等。由于常规件用量多，技术壁垒相对较低，预计量产能力强且可提供一体化解决方案的平台型企业有望获得竞争优势。同时，若未来行业竞争加剧，曾在消费电子市场竞争中建立良好成本管控能力的企业有望获得竞争优势。

·半固态扫描方案推演：2D MEMS 配套 VCSEL 有望进一步降低体积与成本

以 SCALA Gen.1 为初代机，当下典型的半固态激光雷达可视作两种不同改进思路所产生的结果。统一分析法雷奥 SCALA Gen.1、Livox HAP、图达通 Falcon、速腾聚创和禾赛 AT128，若视法雷奥 SCALA Gen.1 为初 代机，其他激光雷达为不同的改进方案，则可以划分出两类演进路线：扫描系统重设计和发射系统重设计。

1）扫描系统重设计：如上所述，越复杂的转镜/棱镜设计，对应越强大的光束操纵功能。扫描系统复杂度的提升带来激光收发的复杂度降低，最终实现性能提升——利用较少的激光收发模组实现高线束扫描，同时尽可能地降低成本和体积。例如采用双楔形棱镜的 Livox HAP 在性能提升的同时，体积相比 SCALA Gen.1 有所下降（图达通 Falcon 体积增加主要源于引入了光纤激光器以追求更好的测距性能）。而速腾聚创 M1 通过 MEMS 振镜替代多个转镜/棱镜实现二维扫描，整机体积进一步缩小。

2）发射系统重设计：禾赛 AT128 扫描端维持一维转镜方案，但发射端改为 VCSEL 阵列，高度集成化的 VCSEL 相比分立激光源以更小的体积和成本实现了高线束扫描。然而，一维转镜将固定占据一部分空间，这将会限制整机体积的进一步微缩。

2D MEMS+VCSEL 或将有利于半固态激光雷达进一步降低体积与成本，成为半固态激光雷达的终局方案。我们认为结合 2D MEMS 与 VCSEL 或将有利于激光雷达整机体积的进一步下降。而 2D MEMS 和 VCSEL 都是采用半导体工艺制造，规模效应带来的成本下降空间可期。若上述设想实现，半固态激光雷达内部除去常规光学件，激光器、扫描器、探测器全部实现芯片化，将充分受益于半导体产业链红利。

五

接收模块：光电探测器与信号处理电路重要性日益突出，固态式发展将进一步加强趋势

激光接收端技术难度大，芯片集成化的趋势也将使探测器和信号处理电路的重要性日益凸显。同时，随着 未来固态式激光雷达技术成熟，将去除与扫描技术路线耦合较深的 MEMS 振镜、转镜等，光电探测器与信号处 理电路的价值量将进一步上升。

·探测器：激光雷达逐步采用高增益阵列传感器以加强远距探测能力

主流的 905nm ToF 路线逐步采用 SPPC/SiPM 增大探测距离

几种探测器本质上是工作在不同增益状态下的半导体光电探测器。半导体光电探测器通过吸收光子产生电子-空穴对，从而在外电路产生光电流以方便测量入射光。半导体光电探测器由于体积小，重量轻，响应速度快， 灵敏度高，易于与其它半导体器件集成，广泛用于光通信、信号处理、传感和测量系统。在不考虑阵列的情况下，激光雷达探测器主要有PD、APD 和 SPAD三种形态，核心区别就是增益。

1） PD（光电二极管）不存在增益，灵敏度低，在车载 ToF 激光雷达中没有使用场景，但可以满足 FMCW 的测量需要。

2） APD（雪崩二极管）的增益倍数在 10-100，运行在线性工作模式下，即随着电压的增加，单光子可以 产生的电流强度线性增加，对应探测灵敏度获得提升。

3） SPAD（单光子雪崩二极管）的增益倍数在 10 5 -106，属于工作在盖革模式下的 APD。此时只要有一个 光子进入探测器，就会输出最大电流，灵敏度极高。

SPAD 从探测到一个光子到恢复到初始状态需要一定的时间，称为死时间（dead time），如何缩短死时间是 SPAD 器件的重要壁垒。因死时间的存在， SPAD 不适用于发射连续波的 FMCW 激光雷达。过高的灵敏度也使 SPAD 容易受到环境光的干扰。

SPPC 与 SiPM 都是 SPAD 组成的探测器阵列，区别在于信号输出方式。SPAD 可以单点独立运行，也可以组成阵列。SPPC 和 SiPM（Silicon Photomultiplier，另称 MPPC）都是由 SPAD 组成的阵列，其中 SPPC 中的各 个 SPAD 独立工作，输出的信号只有 0 和 1，属于数字信号；SiPM 由多个独立的 SPAD 传感器并联组成，输出的信号会有幅度级别的区分，属于模拟信号。

SPPC 优势为分辨率，SiPM 优势为信号提取速度。SPPC 阵列下每个单元的信号独立输出，输出信号只有一个幅度，为减少噪声影响，需要根据空间和时间相关度确认是否为信号，因而抗噪能力相对较差。SiPM 阵列的每一个输出端对应多个并联的单元，输出电流是所有并联单元的总和，因而输出的信号有幅度区分，可以通 过设定阈值直接提取信号，提取简单速度快。若两种阵列达到同样的分辨率，SiPM 比 SPPC 需要更多的 SPAD 单元，面积更大，所以相同面积下，SPPC 的分辨率显然要高于 SiPM。

在扩大信号增益外，SPAD 阵列也有望大幅减少外围电路芯片需求。根据阜时科技，分立 APD 做探测器时， 接受端需要包含时数转换器 TDC、跨阻放大器 TIA、高速 ADC 等一系列信号处理芯片。单点 SPAD 和阵列 SPPC 输出仅有 0 与 1 区分的数字信号，在理想情况下，搭配 TDC（测时电路）即可将各像素点的信号转换为距离信息，可大幅减少外围元器件数量，有利于激光雷达小型化与成本控制。

激光雷达的探测器方案趋势：905nm 采用 SPAD 阵列，1550nm 或延用 APD。在当前主流的 ToF 测距体系 下，905nm激光雷达将逐步采用高增益的 SPAD 阵列，从抗环境光干扰的角度，SiPM 是优于 SPPC 的选择。1550nm 需要 InGaAs 材料制作探测器，但 InGaAs SPAD 阵列存在暗电流较高、产业链不成熟的缺陷，其次 1550nm 激 光雷达发射端功率高，可以弥补接收端增益不足的问题，因此 1550nm 激光雷达或将保持 APD 的使用。预计探测器价值量占比 10%左右。光电探测器在一个激光雷达中的用量取决于不同扫描方式产生的光路结 构：1）Velodyne 早期的机械式激光雷达，64 线激光雷达每束光束都有一个对应的 APD，总共 64 个。2）速腾 聚创 MEMS 激光雷达 M1 内部有 5 对收发模组，对应 5 个 SiPM。3）Flash 激光雷达测量原理类似于开闪光灯 的照相机，探测器最少只需要一个，但估计为保持足够分辨率，对阵列的像素量有较高的要求。价值量方面， 索尼的激光雷达探测器 IMX459，样品价格约 750 元人民币（15000 日元），正式产品价格估计为 200-400 元人 民币。First Senor 预计探测器未来占激光雷达价格的 10%左右。

海外光电探测大厂占据先发优势，国内新晋厂商崭露头角

海外光电探测器老牌厂商具有先发优势得以快速切入激光雷达市场。激光雷达探测器本质上是近红外光波段的光电探测器，CIS 上的部分技术能够迁移到 SPAD 阵列（例如背照式和堆叠结构），目前激光雷达探测器 龙头厂商也主要来自 CIS 市场。根据 Yole 数据，索尼、安森美、佳能、日本滨松和松下均为 CIS 市场份额前十。索尼、松下、佳能都推出了阵列探测器；日本滨松主要聚焦于科学研究等精密光电测量领域，目前也面向激光 雷达市场推出较为齐全的产品品类及解决方案；安森美早期亦有 SiPM 研发布局，2018 年通过收购 SPAD/SiPM 供应商 SensL 增强实力。STM 目前的 SPAD 传感器最大测距能力只有 8m，主要面向扫地机器人等消费市场。根据探测器的技术发展方向，我们认为索尼等 CIS 老牌厂商仍将在技术上保持技术优势。

高像素 SPAD 阵列为海外大厂技术升级的方向。高像素 SPAD 阵列有利于提高测量分辨率，商用 SPAD 探测器的像素量在最近十年从几百个百提升至到数兆，目前面向激光雷达市场像素最高的 SPAD 探测器为佳能在 2021 年 12 月开发出的 3.2M 像素产品。

探测器集成前端处理电路将成为趋势。日本滨松和索尼推出了不同形式的集成方案，我们概括为模块化集 成和芯片级集成两类。芯片级集成在缩小探测器体积和降低外围电路复杂度体现出巨大潜力，有望成为未来的 发展趋势，并构建探测器厂商的技术壁垒。

1）模块化集成：日本滨松将 PD/APD 和 TIA（跨阻放大器）集成到一起，从外观结构上看，PD/APD 与 TIA 是通过引线封装在同一块 PCB 板上形成一个模块。这种模块化设计相比独立探测器加外围电路的传统方式简化 了下游客户的电路设计难度，而滨松出于对自身探测器性能的理解，匹配适应的 TIA，相比下游客户的设计有 望获得更低的系统噪声。

2）芯片级集成：在单芯片上集成 SPAD 阵列和测距电路后，可明显降低外围电路的设计复杂度，同时还有 利于降低整体系统功耗和减小体积。索尼的 IMX 459 将 SPAD 像素和测距处理电路堆叠在单芯片上，成功开发 出紧凑而高分辨率的传感器。

国内新晋厂商崭露头角。国内目前在一级市场已涌现了一批研发 SPAD/SiPM 的初创公司，主要有阜时科技、 芯视界、灵明光子、芯辉科技、飞芯电子、宇称电子、秉正讯腾等，其中芯视界、阜时科技获得了华为、禾赛 科技等激光雷达厂商的投资，并推出了面向激光雷达市场的产品。

·信号处理：FPGA 适应算法迭代需求，未来自研 ASIC 运用比例有望上升

激光雷达为车载算力硬件增速最高的应用板块，2027 年市场规模有望增至 4 亿美元。根据 Yole 数据，2021 年全球车载激光雷达算力硬件的市场规模约为 800 万美元，预计到 2027 年将增长至 4 亿美元，期间年复合增长率为 94%，为车载算力硬件中增速最高的板块。

全球 FPGA 主要被海外厂商主导，国内自给率低。全球的 FPGA 主要供应商包括赛灵思、Intel（Altera）、 Microsemi 和 Lattice 等国际芯片设计公司，合计市场份额较高。根据 Frost Sullivan，以出货量统计，2019 年全球市场上，赛灵思、Intel（Altera）、Lattice 和 Microsemi 的市占率分别达 51.7%、33.7%、5.0%和 4.0%。中国市场上，赛灵思、Intel（Altera）和 Lattice 分别占据了 36.6%、25.3%和 23.2%的市场份额。目前国内主要的 FPGA 厂商有紫光同创、复旦微电、安路科技、高云半导体和京微齐力等，其中安路科技和紫光同创产品结构偏向消费电子、工业控制和通讯等，复旦微电产品结构偏向特种应用，三者属于国内 FPGA 第一梯队。

（文章来源：节选自中信建投证券《激光雷达系列之二：：交付潮来临，国内产业链方兴未艾》，作者：刘双锋、郭彦辉、郑寅铭）

作为极具规模及影响力的光电产业综合性展会，第24届中国国际光电博览会将于 2023年9月6-8日在 深圳国际会展中心（宝安新馆）举办，同期六展覆盖信息通信、激光、红外、紫外、精密光学、摄像头技术及应用、智能传感、新型显示等版块，面向通信、消费电子、智能驾驶、先进制造、国防安防、半导体加工、能源、照明显示、医疗等九大应用领域展示前沿的光电创新技术及综合解决方案，助力企业与光电行业上下游达成商业合作。

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