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車載激光雷達將逐步成為車載雷達主力。根據(jù)Yole計算及預(yù)測，2021年車載雷達市場規(guī)模為58億美元，2027年將達到128億美元（約合人民幣856億元）,CAGR為14%。國際電聯(lián)(ITU)預(yù)測，2030年，歐洲的車載雷達滲透率將達到65%，美國將達到50%。其中，2021年車載激光雷達（無人駕駛+ADAS）市場規(guī)模為2億美元，2026年將超過28.75億美元（約合人民幣192億元），約占比整個車載雷達市場的26%，比2021年高出22個百分點，CAGR高達66%。乘用車和Robotaxi/Robotruck持續(xù)增長的需求成為車載激光雷達市場的驅(qū)動因素。

激光雷達的分類：從機械式到固態(tài)化

機械式激光雷達技術(shù)成熟度較高，供應(yīng)鏈成熟，但由于固有缺陷（機械部件壽命短、成本高、體積大、調(diào)試裝配復(fù)雜等），目前車企宣布的L3量產(chǎn)車項目均選用固態(tài)/混合固態(tài)激光雷達方案。目前混合固態(tài)激光雷達技術(shù)已初步成熟，各家廠商量產(chǎn)項目陸續(xù)落地。

固態(tài)激光雷達技術(shù)方案包括光相控陣（OPA）和FLASH兩種，具有數(shù)據(jù)采集速度快、分辨率高、成本低等特點，但目前技術(shù)成熟度較低。

激光雷達產(chǎn)業(yè)鏈——上游

激光雷達產(chǎn)業(yè)鏈上游包含激光發(fā)射、激光接收、掃描系統(tǒng)和信息處理四大部分，分別對應(yīng)激光器、探測器、掃描器(及其它光學(xué)組件)、芯片等零部件。

激光雷達工作原理和組成

激光雷達由發(fā)射模塊、接收模塊、主控模塊以及掃描模塊（如有）構(gòu)成。主控模塊首先發(fā)射信號到發(fā)射模塊，激光驅(qū)動驅(qū)動激光器(如EEL、VCSEL等)發(fā)射激光脈沖，再通過發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)發(fā)射激光，到達物體返回后接收模塊接收回波，經(jīng)由接收光學(xué)系統(tǒng)到達探測器(如APD、SiPM、SPAD等), 最終傳至模擬前端，再進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，到達主控模板。部分激光雷達擁有掃描模塊，則主控模塊可直接到達掃描器或激光器先經(jīng)過掃描器再回到發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)。

激光雷達革命性技術(shù)架構(gòu)

根據(jù)產(chǎn)業(yè)調(diào)研和專家交流，招商通信團隊認(rèn)為：機械式激光雷達被普遍認(rèn)為無法達到上車標(biāo)準(zhǔn)。短期內(nèi)，以TOF方式為測距原理的半固態(tài)激光雷達仍將占據(jù)市場的主要份額，一維、二維或MEMS等掃描方式的技術(shù)路徑將會共存；長期來看，固態(tài)FMCW是未來的技術(shù)路徑。

激光雷達市場規(guī)模&原材料BOM拆分

激光雷達出貨量&市場規(guī)模：根據(jù)沙利文預(yù)測，受無人駕駛車隊規(guī)模擴張、激光雷達在ADAS中滲透率增加等因素推動，激光雷達整體市場預(yù)計將呈現(xiàn)高速發(fā)展態(tài)勢，至2025年全球市場規(guī)模為135.4億美元（約合914億元）；其中，中國激光雷達市場規(guī)模將達到43.1億美元（約合291億元）；基于蔚來ET7、小鵬G9等熱款車型的交付，預(yù)計22年車載激光雷達出貨量為15萬臺，23年激光雷達出貨量規(guī)模在30~60萬臺。

Flash 的成本結(jié)構(gòu)按發(fā)射模組、接受模組、光學(xué)系統(tǒng)、核心 IC 分類；根據(jù)產(chǎn)業(yè)調(diào)研，如果整個雷達 $1000 ： (1)發(fā)射模組即 VCSEL 加驅(qū)動$100-$200,占比 20%；(2)接收端占 30%，對應(yīng)$300；(3)光學(xué)系統(tǒng)占比15-20%，對應(yīng)$150~$200；(4)剩下的一些 IC 部分成本，像 FPGA、跨阻放大器、AD 芯片、點云管理、memory 等加起來占比 30%，對應(yīng)$300。

發(fā)射模塊：VCSEL逐步取代EEL，905、1550或?qū)⒐泊?/span>

激光雷達產(chǎn)業(yè)鏈——發(fā)射系統(tǒng)

激光發(fā)射系統(tǒng)：系激勵源周期性地驅(qū)動激光器，發(fā)射激光脈沖，激光調(diào)制器通過光束控制器控制發(fā)射激光的方向和線數(shù)，最后通過發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)，將激光發(fā)射至目標(biāo)物體。激光雷達發(fā) 射模組：包含激光雷達面光源和激光雷達線光源，以激光光源和光學(xué)整形元器件為主要組成部分，負(fù)責(zé)產(chǎn)生激光雷達探測所需要的特定形態(tài)和功率的激光光斑。

激光雷達產(chǎn)業(yè)鏈——發(fā)射系統(tǒng)-激光器

激光的產(chǎn)生來自于激光發(fā)射器，有半導(dǎo)體激光器、固體激光器、光纖激光器和二氧化碳氣體激光器四種類型。激光雷達的光源選擇需要關(guān)注人眼安全問題、穩(wěn)定性和可靠性、成本、量產(chǎn)的可能性。

無人駕駛大多采用半導(dǎo)體激光器，?從驅(qū)動方式來看主要包括：邊緣發(fā)出的邊緣發(fā)射激光器（EEL）和激光垂直于頂面的垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）；?從光源波長來看主要包括：905nm光源和 1550nm光源。不同光源及發(fā)射形式的選擇影響射出光的能量大小，繼而影響光源可達到的探測范圍深度。目前1550nm激光器一般配備光纖激光器，EEL和VCSEL適合的波長仍為905nm。

激光雷達產(chǎn)業(yè)鏈——發(fā)射系統(tǒng)-激光器-驅(qū)動

垂直腔面發(fā) 射激光器（ VCSEL ， Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser）：的激光發(fā)射方向垂直于半導(dǎo)體襯底表面，激光束呈圓形對稱。VCSEL 主要結(jié)構(gòu)由p型和n型兩個分布式布拉格反射鏡（DBR）及中間的有源區(qū)構(gòu)成。 VCSEL腔長量級與波長相近，容易實現(xiàn) 單縱模激射，并具有出色的光束質(zhì)量，適用于數(shù)據(jù)通信及各種傳感領(lǐng)域。

激光雷達廠商有轉(zhuǎn)向VCSEL激光器的優(yōu)勢：VCSEL 相較于傳統(tǒng)的IRLED、EEL半導(dǎo)體芯片而言，它具有窄光譜、低功耗、低溫漂等特點；采用VCSEL激光器作為面光源的電光轉(zhuǎn)換效率、集成度和可制造性更高。VCSEL封裝與LED一樣簡單，成本優(yōu)勢明顯。綜合上述優(yōu)勢， VCSEL定會成為3D傳感市場潛力最大的產(chǎn)品。

VCSEL激光器集合了紅外邊發(fā)射激光器的很多優(yōu)點，采用更優(yōu)質(zhì)的激光源，既像紅外LED非常適合大規(guī)模晶圓級生產(chǎn)，工藝和封裝成本較低，又有邊發(fā)射激光器非常好的光譜和較高的光密度特性；它還有溫度漂移非常低的特征，從低溫到高溫每組VCSEL的典型漂移僅為0.07nm/K。這是其他光源很難做到的，這也是被蘋果選中作為Face ID光源的重要原因。這是用于VCSEL的架構(gòu)決定了它可以在許多光源的選擇中勝出。

VCSEL芯片具有光電轉(zhuǎn)換效率高、發(fā)散角小、光束質(zhì)量好、波長穩(wěn)定性好、可靠性高、閾值電流小、功耗低等優(yōu)點，且易于與光纖耦合，易于單縱模發(fā)射和實現(xiàn)高調(diào)制頻率，加上易于制備二維發(fā)光陣列，大批量生產(chǎn)成本可控，但輸出功率及電光效率較邊發(fā)射激光芯片低。

光學(xué)系統(tǒng)：國內(nèi)供應(yīng)鏈優(yōu)勢顯著，壁壘在于質(zhì)量管控&一致性

光學(xué)部分——ONE PAGE SLIDES

國內(nèi)供應(yīng)鏈優(yōu)勢顯著，壁壘在于質(zhì)量管控&一致性。光學(xué)部分是以發(fā)射和接收這兩個二極管展開的光通道，包括反射鏡，透鏡，棱鏡還有窗口玻璃等。光學(xué)部分在整個激光雷達BOM成本的占比在10%~15%左右。其中，轉(zhuǎn)鏡50%；窗口片：20%；透鏡、準(zhǔn)直鏡、濾光片30%。

光學(xué)部分供應(yīng)商主要有兩類玩家：（1）一類是消費電子光學(xué)廠商（舜宇光學(xué)、永新光學(xué)等），在部分精度和壁壘不高的光學(xué)元件的量產(chǎn)控本方面有一定優(yōu)勢；（2）另一類是光通信領(lǐng)域的廠商（天孚通信、中際旭創(chuàng)、騰景科技等），更擅長波的控制，濾光片、窗口片等產(chǎn)品更具性能優(yōu)勢；并且在光電封裝及光路設(shè)計方面優(yōu)勢更強，產(chǎn)線和技術(shù)均可復(fù)用。

激光雷達光子傳輸原理

激光雷達(含掃描模塊)光子傳輸原理為：發(fā)射單元激光器發(fā)射激光束，通過發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)--激光擴束器改變光斑的空間形狀分布，分束鏡通過折射分出多束光束，經(jīng)過反光鏡和準(zhǔn)直鏡到達窗口片并傳輸光束到目標(biāo)物體上；光束到達物體返回后由窗口片接收回波，通過掃描器后再次途經(jīng)準(zhǔn)直鏡維持光束的準(zhǔn)直性，由環(huán)形鏡傳輸?shù)綖V光片(允許特定光纖通過）并進入到光闌，通過長焦鏡頭聚焦光束至光電探測器，最終可由模擬前端芯片或其它主控模塊硬件處理信息。

激光雷達產(chǎn)業(yè)鏈——光學(xué)組件

車載激光雷達和光通信-光器件實際上有很多相似之處。激光雷達中的激光器、探測器和光學(xué) 組件等核心器件與光通信領(lǐng)域中的器件非常相似，除了各自的性能要求和可靠性要求存在一定的差異外，產(chǎn)品的基本形態(tài)及功能基本一致。根據(jù)產(chǎn)業(yè)調(diào)研，目前從事激光雷達領(lǐng)域的研發(fā)人員有一半來自于光通信領(lǐng)域。通過對表現(xiàn)、封裝、可靠性標(biāo)準(zhǔn)、量價等多維度對比，我們認(rèn)為車載激光雷達同早期的光器件比較類似，但發(fā)展前景廣闊。

透鏡和棱鏡等傳統(tǒng)光學(xué)元器件，定制化加規(guī)?；?yīng)有望帶來行業(yè)新增量。作為傳統(tǒng)的光學(xué)器件，透鏡和棱鏡等產(chǎn)品工藝相對成熟。但是客戶側(cè)定制化的需求旺盛，將顯著增加產(chǎn)品附加值，同時大客戶帶來的出貨規(guī)?；?yīng)將進一步降低產(chǎn)品成本，提升競爭力。

接收模塊：國內(nèi)廠商走向車規(guī)，從APD向SPAD、SiPM進階

探測器——激光雷達光電探測器發(fā)展歷程

在激光接收層面，根據(jù)光電探測器性能主要分為PIN PD、APD、SPAD和SiPM四類。 1. PIN PD增益很小、成本更低，適用于存在相干增益且不帶噪聲FMCW測距。 2. APD技術(shù)較為成熟，是使用最為廣泛的光電探測器件。 3. SPAD理論增益能力是APD的一百萬倍以上，探測器效率的提高直接提高了激光雷達的探測范圍和分辨率，適合面光源，能量較為發(fā)散，難以到達遠距離探測的Flash激光雷達。 4. SiPM是多個SPAD的陣列形式，通過大尺寸陣列獲得更高的可探測范圍以及配合陣列光源使用，采用成熟CMOS半導(dǎo)體工藝制造，且電路結(jié)構(gòu)簡單，工作電壓較低，用于高級激光雷達。

探測器——市場規(guī)模

雪崩光電二極管（APD）適用于激光測距儀、基于aid的控制算法的量子傳感、遠程光纖通信和正電子發(fā)射層析成像等，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、航空航天、國防、商業(yè)、電信、醫(yī)療保健等下游領(lǐng) 域。這些領(lǐng)域和技術(shù)的蓬勃發(fā)展，為APD行業(yè)創(chuàng)造了新的增長空間。根據(jù)Maximize Market Research，2019年全球雪崩光電二極管（APD）市場估值為13013萬美元，預(yù)計到2027年將達到17598萬美元，年復(fù)合增長率為3.85%。

SiPM采用大批量CMOS工藝生產(chǎn)，成本較低。SiPM應(yīng)用領(lǐng)域包括生物光子學(xué)、激光雷達和3D 測距、高能物理、空氣粒子物理、分類和回收、危險和威脅檢測、熒光光譜、閃爍體、醫(yī)學(xué)成像等，尤其在汽車激光雷達和工業(yè)激光雷達領(lǐng)域的應(yīng)用較為廣泛。根據(jù)kbvresearch，預(yù)計 2027年全球SiPM市場規(guī)模將達到1億9080萬美元，年復(fù)合增長率為7%。

探測器——單光子雪崩光電二極管（SPAD）

單光子雪崩光電二極管（Single Photon Avalanche Diode，SPAD）是工作在蓋革模式下的 APD，器件兩端的反向偏壓高于其擊穿電壓。此時器件內(nèi)部電場極高，單個光子就可觸發(fā)雪崩效應(yīng)產(chǎn)生能被外部探測的雪崩電流，因此被稱為單光子雪崩光電二極管。

在雪崩倍增效應(yīng)下，電流隨著時間呈指數(shù)級增加，從而產(chǎn)生雪崩電流脈沖。理論上雪崩倍增過程一旦被觸發(fā)便不會停止，光生電流在納秒內(nèi)被增加到毫安培量級，因此需要在光生電流增大到損壞器件之前結(jié)束雪崩。

SPAD以極快的響應(yīng)速度和極高的靈敏度等特性，成為弱光探測和高速成像研究領(lǐng)域的熱點技術(shù)之一。但SPAD芯片技術(shù)難點較多，既包括器件物理層面的問題，如提升小像素的光子探測效率（PDE），也涵蓋電路設(shè)計和制造工藝方面的問題。