電子發(fā)燒友網(wǎng)綜合報道 隨著自動駕駛技術向高階演進，車載LiDAR對感知性能的需求日益嚴苛，探測距離、分辨率、可靠性及成本控制等指標不斷升級，而光源技術作為LiDAR系統(tǒng)的“眼睛”，已成為決定系統(tǒng)性能上限的核心變量。傳統(tǒng)激光光源在功率密度、光束發(fā)散角與亮度的平衡上存在難以突破的瓶頸，無法滿足長距離、高分辨率LiDAR的應用需求。

為破解這一行業(yè)痛點，縱慧芯光創(chuàng)新推出了AR-VCSEL技術。與傳統(tǒng)VCSEL相比，AR-VCSEL通過在有源區(qū)與擴展區(qū)之間加入增透層，成功打破了氧化層對發(fā)散角的物理限制，實現(xiàn)了8°~26°（D86）范圍內(nèi)的精準調(diào)控，同時大幅提升了器件的亮度與功率密度。從實驗室研發(fā)走向大規(guī)模量產(chǎn)，AR-VCSEL已通過海量生產(chǎn)數(shù)據(jù)驗證了其可靠性與一致性，一款6結AR-VCSEL產(chǎn)品在超過500片6寸晶圓的量產(chǎn)過程中，保持平均16.7度小發(fā)散角，標準偏差僅0.254°，為車載LiDAR的規(guī)?；瘧玫於藞詫嵒A。

在最近的Photonics West展會上，縱慧芯光聯(lián)合創(chuàng)始人Leon受邀作特邀報告，系統(tǒng)展示了縱慧AR-VCSEL的近期研發(fā)成果。

多結VCSEL的大規(guī)模應用始于LiDAR領域，相較于消費電子領域的3D傳感應用，LiDAR對功率、探測距離和亮度的需求更為苛刻，而AR-VCSEL的核心創(chuàng)新的就是通過優(yōu)化結構設計，實現(xiàn)了這些性能指標的協(xié)同提升，在所有已發(fā)表的多結VCSEL中，創(chuàng)下了8°（D86）的全發(fā)散角新低，以及約140 kW mm?2 sr?1的亮度新高。

AR-VCSEL實現(xiàn)氧化層限制型VCSEL所需發(fā)散角的關鍵，在于對縱向氧化層限制因子（Γox）的精準控制。其架構設計簡潔高效，通過在有源區(qū)與擴展區(qū)之間集成一層專用增透層，使擴展區(qū)內(nèi)的駐波電場（E2場）強度得到顯著增強，進而大幅降低Γox值。在這個“增透型光子存儲區(qū)”內(nèi)部，電場強度可達到有源區(qū)（量子阱、隧道結和限流氧化孔徑所在區(qū)域）強度的數(shù)倍之高，從根本上削弱了橫向光學限制，實現(xiàn)了發(fā)散角的靈活調(diào)控。

縱慧芯光的研究表明，發(fā)散角與Γox之間存在顯著的正相關關系，這一規(guī)律適用于5至14個結層、統(tǒng)一250 μm陣列結構的各類器件，且在3 ns脈沖、20 kHz頻率、室溫的標準測試條件下，可實現(xiàn)8°至25°（D86全角）的精確調(diào)控。此外，單個發(fā)射單元的孔徑尺寸（OA）和電流密度對發(fā)散角影響顯著：隨著孔徑尺寸每增加5 μm，發(fā)散角便會相應增大約1°，這為不同場景的LiDAR應用提供了定制化設計的可能。

量產(chǎn)落地：6結器件奠定基礎，多結升級持續(xù)突破

目前，縱慧芯光已實現(xiàn)6結（6J）、8結（8J）和9結（9J）AR-VCSEL的量產(chǎn)，其中6結AR-VCSEL技術已日臻成熟，成為混合掃描LiDAR的核心光源。對500片6英寸晶圓的性能數(shù)據(jù)分析顯示，該器件展現(xiàn)出卓越的晶圓一致性：晶圓發(fā)散角中位數(shù)為16.66°，標準差僅為0.254°，在發(fā)散角規(guī)格方面的良率接近100%，充分驗證了AR-VCSEL規(guī)模化生產(chǎn)的可行性與可靠性。

針對下一代LiDAR的高性能需求，縱慧芯光推出的8結與9結AR-VCSEL陣列實現(xiàn)了性能的跨越式提升。實測數(shù)據(jù)顯示，9J架構下30 μm氧化孔徑的AR-VCSEL陣列，功率密度可高達5450 W/mm2（非極限值），而在實際應用中，為保障器件壽命，工作電流密度通常控制在1000 A/mm2以下。值得注意的是，增加結數(shù)不僅能提升輸出功率、功率密度和功率轉換效率（PCE），還能改善溫度穩(wěn)定性——9結30 μm OA規(guī)格的AR-VCSEL陣列，在105°C的高溫環(huán)境下仍能保持80%的輸出功率，完全滿足車載環(huán)境的嚴苛要求。

亮度作為衡量功率密度與發(fā)散角平衡關系的核心指標，在9結20 μm OA陣列器件上達到了67.6 kW·mm?2·sr?1，而通過進一步優(yōu)化增透層以調(diào)整Γox參數(shù)，8結AR-VCSEL已實現(xiàn)14.7°、11.8°、10.1°和8.1°的D86全發(fā)散角，其中8.1°設計相較于14.7°設計，亮度提升兩倍，光譜亮度提升三倍。未來，將這一小角度優(yōu)化技術應用于9結外延平臺，有望實現(xiàn)更高的亮度水平。

偏振突破：630W功率刷新行業(yè)紀錄

除了功率密度和亮度的提升，偏振控制也是LiDAR光源優(yōu)化的關鍵方向，能夠顯著改善系統(tǒng)信噪比（SNR）——通過在接收端配置線性偏振片，可將環(huán)境非偏振噪聲抑制約3dB，同時偏振特征還能為材料識別提供獨特的數(shù)據(jù)維度，推動LiDAR系統(tǒng)向小型化、高精度方向發(fā)展。

縱慧芯光已成功開發(fā)出偏振AR-VCSEL，通過優(yōu)化設計和高精度制造工藝，將偏振光輸出帶來的功率損耗控制在10%至20%以內(nèi)。其推出的8結偏振可控AR-VCSEL陣列，在各種工作條件和溫度環(huán)境下，同時實現(xiàn)了630 W的輸出功率、2 kW/mm2的功率密度、大于12 dB的偏振消光比（PER），以及小于20°的光束發(fā)散角，其中630 W的偏振光輸出功率（PER > 12 dB）刷新了目前所有已發(fā)表VCSEL技術成果的最高紀錄，為高性能LiDAR提供了更優(yōu)的光源解決方案。

向全固態(tài)演進：適配LiDAR終極形態(tài)

全固態(tài)LiDAR憑借緊湊的體積、更低的系統(tǒng)成本，以及無機械運動部件帶來的更高可靠性，已成為商用汽車領域LiDAR技術的終極形態(tài)。而AR-VCSEL技術的融入，進一步推動了全固態(tài)LiDAR的小型化——結合AR-VCSEL遠距離探測技術，主LiDAR模塊的體積可縮小至信用卡大小，完美適配車載場景的安裝需求。

目前，具備一維（1D）和二維（2D）尋址功能的AR-VCSEL陣列正處于研發(fā)與量產(chǎn)并行階段。其中，一維可尋址陣列（2×32個單元，尺寸5.0 mm × 3.7 mm）采用8結設計，實現(xiàn)21°中等遠場發(fā)散角，適配盲點監(jiān)測、行人檢測等輔助型LiDAR應用；二維可尋址陣列（16×32個單元，尺寸5.0 mm × 3.9 mm）同樣采用8結設計，目標遠場發(fā)散角24°。未來，針對遠距離、高分辨率的全固態(tài)主LiDAR系統(tǒng)，AR-VCSEL將通過優(yōu)化設計實現(xiàn)低于18°的發(fā)散角，成為不可或缺的核心技術。