激光雷達（LiDAR）技術是業(yè)界公認的智能駕駛核心技術。國內近年來在多線激光雷達產業(yè)化領域獲得了長足的進步，而固態(tài)激光雷達方面和國外差距卻還不小，關鍵在于底層研發(fā)技術受限，尤其是光源芯片技術。垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）二維面陣在封裝方式和光束整形等方面獨具優(yōu)勢，十分適合作為全固態(tài)激光雷達光源。隨著智能駕駛時代的到來，面向未來激光雷達固態(tài)化發(fā)展趨勢，國際知名VCSEL廠商如Trilumina、Princeton Optronics（已被ams收購）、Philips Photonics等公司早已對高功率VCSEL芯片開展產業(yè)布局。

 

近年來，隨著基于VCSEL的3D感測技術在iPhone X手機中獲得成功應用，VCSEL受到了國內投資人和各大廠商的廣泛青睞。然而這類3D感測VCSEL芯片激光功率僅有瓦級水平，探測距離非常近，無法滿足智能駕駛用固態(tài)激光雷達的應用需求。百瓦級VCSEL芯片及其驅動電路技術門檻非常高，國際上也只有美國、日本等少數高水平研發(fā)團隊擁有相關核心技術。

 

據麥姆斯咨詢報道，近日，長春光機所高功率半導體激光團隊在910nm高功率VCSEL領域取得突破，成功實現面向全固態(tài)激光雷達應用的百瓦級VCSEL列陣。該團隊張建偉、張星等人采用多列陣平面封裝的方式，開發(fā)出激光功率高達120W的910nm VCSEL激光列陣模塊，該模塊輸出功率達到100W時所需的工作電流僅為55A，激光列陣重復頻率10kHz，脈寬30ns。經過簡單的透鏡光束整形，在100W輸出功率時獲得了近高斯形貌的光場分布，相關成果已經發(fā)表在光電子領域專業(yè)雜志JJAP（Japanese Journal of Applied Physics 57， 100302 （2018））。

 

 

左圖：百瓦級VCSEL列陣模塊功率曲線及實物圖，右圖：整形后的遠場光斑形貌

 

本次長春光機所在百瓦級VCSEL芯片技術上的突破將推動我國固態(tài)激光雷達技術快速發(fā)展。面對智能駕駛行業(yè)帶來的固態(tài)激光雷達發(fā)展機遇，長光所與復旦大學依托各自優(yōu)勢，聯(lián)手成立復旦—長光合作基金（項目號：FC2017－002），資助長光所高功率半導體激光團隊與復旦大學高功率電子學團隊開展深度合作，開發(fā)驅動一體化固態(tài)激光雷達光源模塊，以期早日掌握產業(yè)化技術。目前該模塊正被小批量用于面陣型固態(tài)激光雷達系統(tǒng)探測效果驗證。除此之外，長春光機所在2016～2017年間陸續(xù)開發(fā)出用于測距與成像的808nm／850nm波段VCSEL驅動集成模塊系統(tǒng)，脈沖激光功率均可以達到30W以上。

 

 

用于遠距離探測（左圖）及輔助照明（右圖）的百瓦級VCSEL列陣模塊

 

由長春光機所與復旦大學高功率電子學團隊合作開發(fā)

 

長春光機所高功率半導體激光研發(fā)團隊創(chuàng)始人為我國著名半導體激光專家王立軍院士，目前王院士擔任團隊學術帶頭人，現任團隊負責人寧永強研究員為中央組織部“萬人計劃”領軍人才、國務院特殊津貼獲得者。團隊自2002年至今堅持深耕高功率VCSEL領域，在高功率VCSEL領域創(chuàng)造了多個“中國第一”，曾于2004年在國際上首次研制出連續(xù)輸出功率為1．95W的980nm VCSEL單管芯片，2011年實現國際最高脈沖功率的980nm VCSEL單管（92W）及列陣芯片（210W）。目前已掌握百瓦級高功率VCSEL芯片結構設計、外延制備、工藝流片、封裝測試全鏈條核心技術。