歷史不成熟的經驗表明：技術路線的收斂，往往是新技術大規(guī)模落地的標志。按照這種經驗審視自動駕駛技術，會遺憾地得出自動駕駛落地還遙遙無期的悲觀結論，畢竟自動駕駛一是不缺自信、二不缺技術路線之爭。

技術路線之爭往大了看有單車智能和車路協(xié)同之爭、有純視覺和多傳感器融合之爭、有依賴高精地圖和不依賴高精地圖之爭……，往小了看有激光雷達布置位置之爭、有行泊一體和分立之爭……

在所有技術路線之爭中，如果要挑一個我心中最有意思和最熱鬧的，非激光雷達莫屬，不信你看：

（1）測距方法有飛行時間（Time of Fly，ToF）法和調頻連續(xù)波（Frequency Modulated Continuous Wave，FMCW）法之爭；

（2）激光器有邊緣發(fā)射激光器（Edge Emitting Laser，EEL）和垂直腔面發(fā)射激光器（Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VSCEL）之爭；

（3）激光波長有905nm和1550nm之爭；

（4）探測器有雪崩光電二極管（Avalanche photodiode，APD）、單光子雪崩二極管（Single photon avalanche diode，SPAD）、硅光電二極管（Silicon photomultipliers， SiPMs）之爭；

（5）掃描模塊有機械式、混合固態(tài)、固態(tài)之爭；混合固態(tài)又有棱鏡、轉鏡和微機電系統(tǒng)（Micro-Electro-Mechanical System，MEMS）微振鏡之爭，固態(tài)有光學相控陣（Optical Phased Array，OPA）和Flash之爭。

如果單純地將不同技術路線進行排列組合，理論上可以有上百種組合，如圖1所示，這也意味著將有上百種類型激光雷達。

圖1 激光雷達紛繁復雜的技術路線組合

但很明顯，圖1中不是所有連線都具有可行性。而本系列科普文章，就是想講明白哪些技術路線不合理，哪些技術路線是已經被淘汰，哪些技術路線正在被廣泛使用，哪些技術路線是未來的發(fā)展方向。

在大規(guī)模枯燥的科普知識之前，第一篇就讓我們從緊張刺激而又跌宕起伏的激光雷達發(fā)展歷史講起。

01 跌宕起伏的歷史

早在二十世紀六十年代，休斯實驗室的Maiman和Lamb就研制出了可以發(fā)出694.3nm紅色激光的紅寶石激光器，這是公認的世界上第一臺激光器。為什么叫紅寶石呢，因為該激光器的工作物質就是摻有鉻和鋁的紅寶石。

此后隨著激光技術的發(fā)展，使用激光進行探測的激光雷達也得到發(fā)展，不過那時還主要用于科研領域，比如用于氣象探測，比如用于對海洋、森林、地表的地形測繪，和一般人還沒什么交集。

到了二十世紀八十年代，激光雷達引入了掃描結構，視場角增大之后也讓其在部分商用領域找到了立足之地，比如工業(yè)測量，著名的Sick（西克）及 Hokuyo（北洋）公司針對此領域推出的掃描式2D激光雷達便是其中的優(yōu)秀代表。

2000年以后，激光雷達由單線掃描又進化到多線掃描，并逐漸在環(huán)境三維高精度重建應用上展露出一些優(yōu)勢。

2004年，這是激光雷達種子在自動駕駛領域種下的年份，美國第一屆無人車挑戰(zhàn)賽在“別人恐懼我貪婪”的DARPA資助下如期舉行，參賽隊伍里有一家名叫Velodyne的公司，這是一個生產音響設備的公司，創(chuàng)始人為David Hall博士。

據說Velodyne參加比賽是為了推銷自家的音響產品，不信你看它的隊名DAD（Digital Audio Drive，數字音頻驅動），不看解釋我還以為他叫“爹地隊”，是我膚淺了。Veloyne參加比賽的車輛是一輛被改裝了的帶有全景攝像頭的皮卡，如圖2所示。

Velodyne雖然最后沒有完成比賽，但David Hall博士在比賽中發(fā)現了一個新奇的玩意：單線激光雷達，得知這個玩意的工作原理之后，David Hall博士隨機感受到這玩意的巨大魅力，同時也看到了單線激光雷達的局限性，比完賽回來之后馬不停蹄地就投入到激光雷達的研究中。

2005年，第二屆無人車挑戰(zhàn)賽上，Velodyne在參賽車輛上裝了一個自家發(fā)明的360°多線束旋轉式激光雷達，這臺激光雷達直徑達30英寸，重達100磅，實實在在的一個大家伙，“花盆”的外號也因此由來。

雖然依舊沒有完成比賽，但這顆車頂的激光雷達引起了其他隊伍的濃厚興趣。比賽之后，Velodyne繼續(xù)與這些參賽隊伍保持聯系，并基于這些需求不斷優(yōu)化自己的激光雷達產品。

2007年，第三屆無人車挑戰(zhàn)賽移步城市舉行，Velodyne雖然沒有參加比賽，但是在７支跑完了全程的隊伍中，有６支搭載了Velodyne的64線束激光雷達HDL-64，Velodyne激光雷達自此一戰(zhàn)成名。

比賽結束后，版權保護意思強烈的David Hall博士隨即將這項新發(fā)明申請了專利，并授權給了Velodyne公司，專利號為US7969558（High definition LiDAR System），業(yè)內稱為“558專利”。

2011年6月，該專利又獲得美國專利審判和上訴委員會（Patent Trial and Appeal Board，PTAB）的授權，這意味著“558專利”成為機械旋轉式激光雷達的基礎專利，成為其他研發(fā)機械旋轉式激光雷達繞不過去的坎，這也成為后續(xù)眾多江湖恩怨的起源。

繼續(xù)回到DARPA資助的無人車挑戰(zhàn)賽上，當時低調亮相的另外一家激光雷達鼻祖便是Ibeo。1998年成立的Ibeo，2年后被SICK收購。第三屆DARPA資助的無人車挑戰(zhàn)賽上，Ibeo都有給部分參賽隊伍提供單線掃描式激光雷達。

尤其是在2005年第二屆無人車挑戰(zhàn)賽上，斯坦福團隊通過在感知方案中加入5個Ibeo激光雷達，成功在那一年的挑戰(zhàn)賽中脫穎而出，參賽車輛如圖3所示。我有點理解Velodyne的David Hall博士為什么要做多線激光雷達了，5個單線激光雷達并排放著確實有點壯觀。

2009年是兩家激光雷達鼻祖光輝歲月的開年。

這一年，Ibeo從SICK重新獲得獨立運營權，好運也隨之到來。2010年，獲得了法雷奧的青睞，雙方將合作共同為奧迪L3自動駕駛項目開發(fā)車載激光雷達，項目總額達到10億美金。

這一年，Velodyne推出64線旋轉式激光雷達的改進版HDL-64E，隨著投入到無人駕駛領域研究的公司越來越多，HDL-64E可謂一機難求，遍尋宇宙無敵手，8萬美金一顆的價值就正面說明了市場的火爆，圖4為搭載在Voyage車上的HDL-64E。

2009年之后，Velodyne在自動駕駛領域叱咤風云、為虎作倀，Ibeo在乘用車前裝量產領域嘔心瀝血、潛心打磨。

花開兩朵，各表一枝，先來說說Ibeo。

經過7年研發(fā)和量產打磨，2017年，其為奧迪A8打造的全球第一款車規(guī)級激光雷達SCALA量產交付，該款4線激光雷達掃描系統(tǒng)采用一維轉鏡方案，水平視場角達到了145°，測距達到了150m，圖5為搭載SCALA奧迪A8。本以為這將是Ibeo的騰飛時刻，未曾想，奧迪臨門剎車，叫停了帶L3自動駕駛功能的A8量產。

雖然遭受了客戶奧迪的爽約，合作伙伴法雷奧的移情別戀，Ibeo非但沒有就此沉淪，反而極大激發(fā)了自己的斗志，特別是在采埃孚入股Ibeo之后，更是開足馬力投入了固態(tài)激光雷達的研發(fā)中，以期證明自己，這種對技術的執(zhí)著實在是令人欽佩。

這種執(zhí)著在2019年換來了回報，前腳剛一口氣發(fā)布了短、中、長距三款純固態(tài)激光雷達產品ibeoNEXT，后腳就被東方大國神秘的客戶長城汽車看中，隨機宣布與其達成戰(zhàn)略合作，ibeoNEXT將搭載在長城魏牌系列車型，并定于2021年投產。

ibeoNEXT長距產品采用885nm波長激光器，擁有11.2°x5.6°的視場角，140m的探測能力。這個參數屬實有點尷尬，目前主機廠對主激光雷達的視場角要求一般是120°x25°，所以要用ibeoNEXT長距款作為主激光，需要11個拼起來……，造型上得有多丑，造型設計部門得有多頭大。

難怪有業(yè)內專家說：落地是不可能的，只是一個噱頭。所以這個合作的結局早已注定，只是沒想到這么悲壯。

計劃搭載IbeoNEXT的長城魏牌摩卡車型經歷了延遲、延遲、再延遲……。2022年8月，成都車展上，長城魏牌終于官宣了旗下首款激光雷達車型：摩卡DHT-PHEV激光雷達版，但為其站臺的激光雷達廠商卻不是Ibeo，而換成了速騰聚創(chuàng)。2022年9月，我們也沒有等來ibeoNEXT量產的喜訊，卻等來Ibeo破產的消息。

一代激光雷達佳人消香玉損，世人在評價她時，總是指責其在技術上步子賣的太大，融資和客戶上又不夠用心。但我總覺得這符合西方創(chuàng)業(yè)公司的傳統(tǒng)，認準一項技術，死磕，壟斷世界、驚艷世人。

Ibeo只是破產，又不是原地毀滅，這個時候說不定哪家公司正在繼承Ibeo的衣缽，正在潛心研究固態(tài)激光雷達，以期一鳴驚人。

到了另一朵花，Velodyne。

2009年之后，自動駕駛賽道的火熱將Velodyne推上激光雷達鐵王座，雖然8萬美金一顆、雖然售后服務幾近于無，雖然供貨周期漫長，但奈何市場別無其他激光雷達可選。2016年，為了能夠享受到優(yōu)先提貨權，福特和百度更是向Velodyne激光雷達公司聯合投資了1.5億美元。

時人常戲稱：能有多少自動駕駛車輛上路，就看Velodyne能生產多少激光雷達。

這種躺贏的局面持續(xù)到了2017年，如果從2007年第三屆無人車挑戰(zhàn)賽算起，整整躺贏了10年。后面的故事大家就比較熟悉一點，以禾賽科技和速騰聚創(chuàng)為首的國內激光雷達廠商開始入局，其產品以極高的性價比、貼心的售后服務及極友善的交付周期迅速圈粉無數。

2019年8月，感受到國內廠商威脅的Velodyne祭起了大殺器“558專利”，在美國加州起訴了禾賽科技和速騰聚創(chuàng)兩家中國公司侵權。

剛發(fā)起專利訴訟沒多久，2019年底，想要將主要精力放在歐美市場的Veodyne突然決定不直接在中國市場銷售激光雷達，而是通過代理模式發(fā)展，同時裁掉了大部分在中國的工作人員。未曾想，戰(zhàn)略放棄的中國市場在兩年后成為激光雷達最核心的戰(zhàn)場。

2020年6月和9月，禾賽科技和速騰聚創(chuàng)先后跟Velodyne達成了和解，并簽署了專利許可協(xié)議。兩家公司同意向Velodyne支付和解費用，包括一次性的專利許可補償及后續(xù)按年支付的專利許可使用費。

之后的兩年，用內憂外患形容Velodyne毫不為過，曾經引以為傲的機械式激光雷達市場迅速縮水，2020年推出的混合固態(tài)激光雷達又沒激起水花。覆巢之下安有完卵，2021年，David Hall博士和其妻子因“表現不當且缺乏誠信”被罷免職務。

終局就是2023年開年，Velodyne宣布與Ouster公司合并，合并后公司仍以Ouster命名，股票代碼也是OUST，一代激光雷達巨頭，真的是揮一揮衣袖，不帶走一個名字。

在激光雷達的發(fā)展史上，還有許多發(fā)揮重要作用的人物和公司，在此我們就不展開敘述，只是通過Velodyne和Ibeo兩家公司波瀾壯闊的發(fā)展歷史來回顧激光雷達的青蔥歲月。

02 激光器之爭

在激光雷達名稱的四個字中，激光占據了一半的分量，這足以說明其“家庭地位”。

究竟什么是激光、發(fā)射激光的激光器有哪些類型，激光器有哪些重要的參數，本文期望能夠說清一二。

一、激光的誕生

激光Laser的英文全稱為Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，直譯過來就是受激輻射光放大，聽起來有點別扭，但其實精確表達了激光產生的原理，而要講清這個原理，就不得不從物資原子結構聊起。

19世紀末，科學家通過一系列粒子撞擊試驗后發(fā)現：原子是由原子核和繞核運動的電子組成，電子圍繞原子核不停地旋轉，同時原子核也不停地自轉，原子核內部還可以細分為質子和中子，原子內部結構如圖6所示。

圖6 原子內部結構

1913年，年僅28歲的丹麥物理學家波爾（Niels Bohr）在借鑒了普朗克（Max Planck）的量子理論基礎上提出了全新的原子結構模型，其基本假設主要包括：

（1）定態(tài)假設：電子在原子核庫侖力作用下，只會在一些分立的特定圓形軌道運動，且不向外輻射光子，處于穩(wěn)定的狀態(tài)，這種狀態(tài)被稱為定態(tài)。

注：光子（Photon）是一種基本粒子，是電磁輻射的量子，其靜止質量為零，不帶電荷，其能量E為普朗克常h和電磁輻射頻率f的乘積：E=hf，在真空中以光速運行。

（2）軌道假設：電子在不同的軌道上運動，能量是不同的，能量相對較高的為高能態(tài)，相對較低的為低能態(tài)。當電子處于離核最近的軌道上時，能量最低，稱為基態(tài)，當電子處于其他軌道上時，都比基態(tài)能量高，稱為激發(fā)態(tài)。

（3）躍遷假設：在不同定態(tài)之間躍遷，會輻射或吸收一定頻率的光子，輻射或吸收光子的能量由這兩個定態(tài)的能量差決定。

原子中處于高能態(tài)的電子，在沒有任何外界光子作用下，有一定概率會自發(fā)地從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷，損失的能量會以光子的形式輻射出來，這個過程稱之為自發(fā)輻射，如圖7所示。

圖7 自發(fā)輻射過程

不同原子自發(fā)輻射產生的光子在頻率、相位、偏振方向及傳播方向上具有隨機性。白熾燈的工作原理就是基于自發(fā)輻射，通電后白熾燈燈絲中高能態(tài)電子數增多，頻繁地發(fā)生自發(fā)輻射產生大量光子。

原子中處于低能態(tài)的電子，也不是吃素的，隨時在觀察身邊是不是有外來光子經過，一旦有能量恰好等于兩個能級之間能量差（E2-E1）的光子出現時，就會啟動“吸星大法”，將光子的能量吸收過來，用來將自己提升到高能態(tài)，這一過程稱為受激吸收，如圖8所示。

圖8 受激吸收過程

原子中處于高能態(tài)的電子，在見到上述外來光子時，也不會無動于衷，并且在輻射場能量夠大后，自己將向低能態(tài)躍遷并輻射出一個和外來光子具有相同頻率、相位、偏振方向及傳播方向的光子，聽起來有點像私奔，這個過程稱之為受激輻射，如圖9所示。

圖9 受激輻射過程

這樣，通過一次受激輻射，一個光子變?yōu)閮蓚€相同的光子，這意味著光被放大了。到此為止，激光的直譯解釋中（受激輻射光放大）七個字已經悉數有序登場，但此時的光還不能稱為激光。

首先，自然條件下，原子中處于高能態(tài)的電子數目總是比低能態(tài)的電子數目少，所以外來光子經過，你很難保證是被低能態(tài)電子吸收發(fā)生受激吸收，還是被高能態(tài)電子看上，發(fā)生受激輻射。如果想要原子內部產生更多的受激輻射過程，就需要外界提供能量打破熱平衡，從而使高能態(tài)和低能態(tài)電子數出現反轉。

為了實現這個過程，一是需要采用容易發(fā)生高低能態(tài)電子數反轉現象的工作物質，這種物質被稱為增益介質。二是需要對增益介質進行激勵并提供讓增益介質不斷發(fā)生粒子數反轉的能量源，被稱為泵浦源。增益介質在泵浦源的激勵下，發(fā)生粒子數反轉，這是激光產生的前提條件。

其次，處于高能態(tài)電子也會發(fā)生自發(fā)輻射，更何況之前已經通過泵浦源人為的將低能態(tài)電子拉升到了高能態(tài)，這種自發(fā)輻射過程在沒有人為干預情況下會更加強烈，因此我們要想辦法讓受激輻射遠大于自發(fā)輻射，說白了就是要讓增益大于損耗。

辦法之一就是在增益介質前后兩端加上兩個反射鏡，其中一端是全反射鏡，另一端是部分反射鏡，這一結構被稱為諧振腔。當受激輻射發(fā)生后，方向合適的光子會在兩個反射鏡之間反復橫跳，多次經過增益介質，使增益介質內部反復產生受激輻射，如圖10所示。

圖10 激光器內部光學系統(tǒng)組成

當光束放大到可以穿透部分反射鏡的閾值時，會從部分反射鏡中透射出來，形成激光束。由于兩面反射鏡位于特定的方向，對于方向不合適的受激輻射光會被濾除。同時兩鏡面之間的距離也對輸出的激光波長有著選擇作用，只有在兩鏡間的距離能產生共振的波長才能產生激光。

因此我們看到穿透部分反射鏡的激光束波長一致、方向一致、波束極窄，這也是諧振腔篩選的結果。

至此，一束激光算是真正誕生了。

二、激光器

增益介質、泵浦源和諧振腔是激光誕生所需要的主要光學系統(tǒng)，如果再輔以電源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和機械機構等，就可以組成一個利用受激輻射原理產生激光的完整激光器。

增益介質是光子產生的源泉，基于這個維度，激光器可分為氣體、液體、固體三種類型，固體類型激光器又可細分為固體、光纖、混合、半導體等類型，如圖11所示。應用在汽車領域的激光雷達，以半導體激光器和光纖激光器為主，下文我們對這兩類激光器展開介紹。

圖11 激光器的分類

（1）半導體激光器

半導體激光器的前綴是半導體，所以要介紹清楚，不得不從半導體最基礎的PN結說起。

P型半導體是通過在純凈半導體（不含雜質且無晶格缺陷的半導體）中摻雜特定雜質，讓空穴（相當于帶正電的粒子）數量增多。N型半導體也是如此操作，只是摻雜的雜質讓電子（帶負電的粒子）數量增多。空穴和電子被稱為載流子。

如果將P型半導體和N型半導體制作在同一塊半導體基片（硅或鍺）上，一方面由于濃度差，P型區(qū)多子（空穴）會向N型區(qū)擴散，而N型區(qū)多子（電子）會向P型區(qū)擴散，形成載流子擴散運動。另一方面，滯留的帶電離子（P區(qū)失去空穴產生負離子區(qū)，N區(qū)失去電子產生正離子區(qū)）形成的內電場，驅動P（N）型區(qū)的少子向低電勢移動，形成反向的漂移運動，如圖12所示。

圖12 PN結的形成

當擴散運動和漂移運動所遷移的載流子數目相同時，達到動態(tài)平衡，就形成一個PN結。PN結中載流子數量非常少的一個高電阻區(qū)域稱為耗盡區(qū)。

如果給PN結施加一個正向電壓（P型區(qū)接正極，N型區(qū)接負極），正向電壓的電場與PN結的自建電場方向相反，它削弱了自建電場對擴散運動的阻礙作用。在外電場作用下，大量電子將被推向N區(qū)，其中一部分與空間電荷區(qū)正離子附近的空穴復合。大量空穴也會被推向P區(qū)，其中一部分與空間電荷區(qū)負離子附近的電子復合。載流子復合過程將會發(fā)射某種波長的光子，也就是發(fā)生了自發(fā)輻射。

隨著正向電壓上升，流經PN結的電流大于一個閾值時，自發(fā)輻射產生的光子通過半導體內已激發(fā)的電子-空穴對附近時，就能激勵二者復合再產生一個新的光子，也就是發(fā)生了受激輻射，再加上諧振腔的反射，就能通過受激輻射加速光子的產生，從而產生激光。

但是要注意的是，并非所有半導體材料PN結發(fā)生載流子復合時都會產生光，有的半導體材料會將部分能量轉化為熱耗散掉而不產生光，這就會導致發(fā)光效率的降低，因此為了提高發(fā)光效率，通常使用帶隙半導體作為發(fā)光材料，例如砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）等。

總結一下：半導體激光器就是指使用半導體材料作為增益介質，采用半導體工藝在半導體材料中構造出大量PN結，在泵浦源的激勵下，PN結區(qū)域發(fā)生載流子復合從而發(fā)生受激輻射，受激輻射產生的光子在諧振腔的作用下最終生成一束激光。

半導體激光器使用的泵浦源主要有三種方式：電激勵、電子束激勵，光激勵和碰撞電離激勵等。絕大多數半導體激光器采用的是電激勵，即給PN結加正向電壓，以使在結平面區(qū)域產生受激輻射，也就是說是個正向偏置的二極管，因此半導體激光器又稱為激光二極管。

半導體激光器具有效率高、體積小、壽命長、低能耗等優(yōu)點，成為現代激光技術發(fā)展的重要基礎，具有戰(zhàn)略性的發(fā)展意義。其根據諧振腔制造工藝的不同可分為邊緣發(fā)射激光器（Edge Emitting Laser，EEL）和垂直腔面發(fā)射激光器（Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL）兩種。

EEL是在芯片的兩側鍍光學膜形成諧振腔，由于諧振腔與襯底（晶圓片）平行，因此EEL沿平行于襯底表面發(fā)射激光。

VCSEL是在芯片的上下兩面鍍光學膜，形成諧振腔，由于諧振腔與襯底垂直，能夠實現垂直于芯片表面發(fā)射激光。

EEL和VCSEL的結構對比如圖13所示。

圖13 EEL和VCSEL的結構對比

以VCSEL為例，詳細介紹一下半導體激光器內部結構，VCSEL典型結構剖面如圖14所示，從上往下依次為P型接觸電極、上反射鏡、上氧化限制層、有源區(qū)、下氧化限制層、下反射鏡、襯底及N型接觸電極。

圖14 VCSEL典型結構

有源層通常由3~5個量子阱（一種薄層結構，可以在垂直于薄層表面的方向上限制粒子）組成。有源區(qū)的兩側是氧化限制層，一方面起著限制載流子的作用，另一方面起著調節(jié)諧振腔長度的作用，使其諧振波長正好是所需要的激光波長。

限制層兩側是上下反射鏡，通常采用N型和P型布拉格光柵（N-DBR/P-DBR）作為諧振器反射鏡。N-DBR在下方作為全反射鏡，反射率接近99.9%。P-DBR在上方作為部分反射鏡，反射率也大于99%。

在襯底（N型砷化鎵材料）和P-DBR的外表面制作接觸電極，形成歐姆接觸，并在P-DBR上制成一個圓形光窗口，獲得圓形光束，窗口直徑從幾微米可到百微米量級。

工作時，電流從P型電極注入，通過氧化層注入到有源區(qū)，會在有源區(qū)形成受激輻射實現激光輸出。激光的輸出方向垂直于有源區(qū)表面，穿過限制層表面，從低反射率的P-DBR反射鏡射出，最終穩(wěn)定輸出激光。

EEL和VCSEL的主要性能差異體現在功率密度、溫漂系數、光束質量、光譜寬度和生產成本等方面，匯總如表1所示。

表1 EEL和VCSEL主要性能參數對比

（a）功率密度。在激光領域，功率密度表示單位時間內，激光輻照在單位面積靶材上的能量大小，單位為W/mm^2。在其他條件相同的情況下，功率密度低意味著從被測物體表面反射回來的入射光功率低，這將導致探測距離短。

EEL的光功率密度一般是60000W/mm^2左右，而現在頭部廠商生產的五結VCSEL功率密度也只有1500W/mm^2左右，相差一個數量級。

（b）光束發(fā)散角。激光器發(fā)射出去的激光具有一定的發(fā)散角，發(fā)散角直接決定激光打到被測物體表面的光斑面積，從而影響了激光打在被測物體上的光功率密度，最終影響從被測物體表面反射回探測器表面的入射光功率。在其他條件相同的條件下，若發(fā)散角減小50%，則激光雷達探測距離將提升41%。

VCSEL打在物體上的光斑呈點圓形，遠場發(fā)散角典型值在20°左右。EEL打在物體上的光斑呈橢圓形，慢軸遠場發(fā)散角典型值在20°左右，遠場發(fā)散角典型值在30°左右，因此VCSEL具有相對較小的遠場發(fā)散角。

這樣的發(fā)散角大小其實都是不可接受的，都需要準直鏡和擴束鏡，來減小激光的發(fā)散角。

（c）光譜寬度。由于濾光片在接收激光時需要過濾掉特定波長（905 nm/1550 nm）以外的光，因此光譜寬度越窄意味著激光的抗干擾性越強，信噪比也就越高。目前VCSEL激光器的光譜寬度在1~2 nm左右，低于EEL的3~8 nm，擁有較強的抗干擾性。

（d）溫漂系數。溫漂是指激光波長隨溫度變化發(fā)生偏移的現象，偏移過大會導致回波信號被濾光片濾掉，無法被探測器接收到。當然也可以提高濾光片的光譜寬度，但這會導致信噪比減少，抗干擾能力減弱。目前VCSEL的溫漂大約是EEL的六分之一。

（e）生產成本。EEL是平行于襯底側面發(fā)光，所以在形成晶圓后還需要進行切割、翻轉、鍍膜、再切割的工藝步驟，無法按照現有半導體工藝來一次性處理，生產成本較高。VCSEL垂直于襯底正面發(fā)光，不需要在側面進行太多加工，只需要按照正常的半導體加工工藝批量處理即可，成本較低。按照Yole的統(tǒng)計，EEL的后道處理工序成本比VCSEL高了一倍以上。

（2）光纖激光器

光纖激光器和半導體激光器一樣，都是由能產生光子的增益介質，對增益介質進行激勵的泵浦源，使光子諧振放大的光學諧振腔三部分組成。

光纖激光器與半導體激光器的最大不同在于增益介質，半導體激光器使用的增益介質是半導體，而光纖激光器使用的增益介質是光纖。

半導體激光器的發(fā)光機理上文已經介紹過，泵浦源常為電激勵方式，而光纖不能夠直接實現電光轉換，因此泵浦源常采用光激勵方式，來實現光光轉換，光纖激光器最常用的泵瀑源就是半導體激光器。

光纖激光器按照增益介質、諧振腔結構可以細分為很多類型，下面以稀土摻雜類增益介質、光柵反射鏡諧振腔為例，介紹光纖激光器的工作原理，如所示。

圖光纖激光器原理

泵浦源又被成為“種子源”，通過合束器為光纖激光器提供高功率、高亮度的泵浦光。工作時，泵浦源發(fā)出的泵浦光耦合進入增益介質光纖中，泵浦光被吸收，吸收了光子能量的稀土離子發(fā)生能級躍遷并實現粒子數反轉，反轉后的粒子經過諧振腔，由激發(fā)態(tài)躍遷回基態(tài)，釋放能量，并形成穩(wěn)定的激光輸出。

三、波長

任何一種光都有波長，激光也不例外，激光雷達最常使用的波長為905nm和1550nm，主流激光雷達波長如表2所示。

表2 主流激光雷達波長

關于激光波長，繞不開的一個話題就是人眼安全。當一束強烈的可見光照射眼睛，我們會本能的閉上眼睛來躲避光線。但是對于激光這種不可見的近紅外光，當眼睛被照射時，眼睛并不會注意到它，如果累積了足夠的能量，激光就會對我們的眼睛造成不可逆的傷害，包括視網膜灼傷以及白內障。

為了評價這種傷害的級別，國際電工委員會（International Electrotechnical Commission，IEC）制定了一份激光安全標準IEC 60825，標準中根據最大允許暴露度（Maximum Permissible Exposure，MPE）對激光進行分類。MPE指在給定波長和持續(xù)時間內，在不允許引起生物組織損傷的情況下，每單位面積允許的最大激光能量。