Lumentum：站在国际前沿，解读消费和汽车领域激光技术新趋势
2020-10-30 08:24:26   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

据麦姆斯咨询报道，Lumentum是国际知名的专业激光器厂商。近几年，随着3D传感市场的快速成长，3D传感已经成为Lumentum仅次于光通信的第二大业务板块。从2010年微软公司推出的室内游戏机，到2015年的个人电脑，再到2017年之后具有划时代意义的3D传感手机应用中，都有Lumentum公司提供的激光器产品和技术。Lumentum非常重视本地化和客户服务，作为一家芯片供应商，Lumentum为客户提供的服务已经远超芯片本身，通过深厚的技术积累与研发能力，在解决方案和产品生态等方面，Lumentum提供全方位技术支持，保证项目高效顺利推进和按时投放市场。

作为走在3D传感技术前沿的Lumentum，对未来3D传感应用有何理解和预测？对未来激光技术趋势有怎样的判断？Lumentum又做了哪些布局？2020年9月24日，由麦姆斯咨询主办的『第三十届“微言大义”研讨会：3D视觉技术与应用』，Lumentum亚太区资深FAE计超先生做了精彩分享！

Lumentum亚太区资深FAE计超先生分享多结和可寻址VCSEL以及Lumentum在行业的最新进展

2020年AR及车载应用或成为3D传感市场新增长点，Lumentum VCSEL已经全面通过AEC-Q102

计超先生回顾了3D传感应用的发展历程，并对未来的热门应用进行了预测。2017年之前，3D传感主要用于游戏机、笔记本电脑。但在2017年之后，3D传感行业出现了重大变化。智能手机开始采用3D摄像头进行人脸识别后，整个产业生态快速成熟，并将3D传感扩展到了更多应用上。在虚拟现实（VR）、人脸支付、安防监控和机器人等市场领域，3D传感均获得了高速发展。2020年将是另一个重要时间节点，原有3D传感市场会持续增长，但围绕增强现实（AR）的消费电子产品，以及L3/L4/L5级自动驾驶乘用车、共享出租车的激光雷达产品应用，3D传感将迎来新的爆发点。

Lumentum为3D传感和车载应用提供全面的激光解决方案

Lumentum（前JDSU）自2010年开始布局3D传感市场，至今已累计发货超8.5亿颗3D传感激光器，其中边发射激光器（EEL）5千万颗，VCSEL超8亿颗。Lumentum面向iToF（间接飞行时间）、dToF（直接飞行时间）、结构光、汽车In-cabin及汽车激光雷达等多种应用的VCSEL和EEL产品，均处于量产状态，2018年至今在中国市场3D传感VCSEL发货量已经超过6千万颗。

计超先生介绍道：“Lumentum VCSEL（芯片及封装）已经通过了AEC-Q102认证，并批量出货，是目前全球唯一通过AEC-Q102认证的VCSEL封装，可为车内DMS/OMS应用提供货架产品。面向激光雷达，Lumentum VCSEL的光功率密度已大幅提升到1000 W/mm²，用以顺利替换EEL，成为激光雷达系统设计的首选光源。目前Lumentum不仅可以提供车规级可靠性的VCSEL标品，也可以与客户进行汽车VCSEL的深度定制开发，欢迎有需求的客户与我们具体讨论。”

Lumentum车规级VCSEL产品及性能展示

多结VCSEL设计及应用

Lumentum追求对VCSEL产品性能持续不断的提升，同时努力降低成本，因此要在解决方案的设计层面进行优化——多结VCSEL（也称：多层结VCSEL）因此而诞生。计超先生分析了多结VCSEL的诸多优势：“首先体现在功率和PCE（电光转换效率）。多结VCSEL能提供更高的功率密度，对光学系统设计更加友好；其次，多结VCSEL增加了斜率效率。采用多结之后，驱动电源稍微提高，同时大幅降低芯片驱动电流，高压小电流的激光驱动器更易实现。此外，多结VCSEL其实是一种降低VCSEL成本的优秀方案。获得相同的功率，多结VCSEL只需单结芯片面积的二分之一或者三分之一就可以实现，这对成本节约非常有帮助。”

iToF模式工作的单结VCSEL和三结VCSEL：芯片面积不变，单位功率密度大幅提升

计超先生向现场观众展示了工作在iToF模式的单结VCSEL和三结VCSEL的性能表现。这两颗芯片均是量产芯片，其中单结VCSEL的电压在2 V左右，三结VCSEL会提高到5 V左右。在相同的3~4 A电流下，同样面积的芯片，三结VCSEL的出光功率可增加近三倍。值得一提的是，换成三结VCSEL之后，系统的装配和部件选择并没有明显差别，可以兼容原有单结成熟封装工艺和光学配件。计超先生也分析到，“多结VCSEL中，各结之间近距离地串联在一起，当控制信号脉冲比较长，或者占空比较大的时候，结与结之间会有较强的热影响，导致芯片电光效率下降。因为这个特点，多结VCSEL更加适合短脉冲工作场景，比如dToF解决方案等应用。”

多结VCSEL在连续脉冲、低占空比模式下的表现

可寻址VCSEL类型和演进方向

为什么需要可寻址VCSEL（Addressable VCSEL）？可寻址会为3D传感带来什么帮助？计超先生对此进行了详细的分析。“首先，可寻址VCSEL能更有效地操控激光器的发光位置，允许系统仅控制有需要的位置发光；其次，配合合适的系统设计，可寻址芯片能实现系统级抗干扰、抗冲突等独特功能，解决多设备同时共用、相互之间会产生干扰的难题；第三，可寻址芯片有更佳的发光效率，节约系统功耗；第四，相比单一区域芯片，分区工作的热耗散更小，更有利于系统散热。”但是，可寻址VCSEL也会对应用提出一些新的要求：比如需要多通道光源驱动电路，需要有DOE（衍射光学元件）等微光学元件的光路配合，在传感器和算法设计上，更需要整体考虑，设计难度增加等等。接下来，计超先生向在场观众分享了Lumentum的可寻址VCSEL实现方式：

（1）1D可寻址VCSEL（下图左起第一张图），实现从左到右的分区点亮；

（2）交错寻址型（下图左起第二张图），例如进行奇偶数排列交错点亮；

（3）2D可寻址VCSEL（下图左起第三张图），有两种实现方式，分别为共阴极、多阳极形式，和独立阴极阳极形式；

（4）多层分区VCSEL（下图左起第四张图），不同的发光点组合，可以共用相同的发光区域，同时或分步点亮工作。

Lumentum提供灵活多样的可寻址VCSEL设计

计超先生认为“传统的iToF方案还会长期存在，并且持续提升分辨率，降低成本。与此同时，在硬件支持的情况下，例如点阵方式投射的dToF方案，可寻址VCSEL会更加适用。”

Lumentum的VCSEL产品旨在提升性能的同时降低成本

最后，计超先生表示，Lumentum提供多样的激光器产品，波长覆盖8XX nm到15XX nm范围，功率小到毫瓦（mW）级别，大到千瓦（kW）级别，都有成熟产品和解决方案。客户既可以在现有产品平台上选择，又可以灵活定制。Lumentum扎根中国20年，一直以积极开放的态度与客户共同成长，期待与客户一起，推动更多新功能、新解决方案，也推出更多新应用！