長春光機(jī)百瓦級VCSEL光源芯片技術(shù)取得突破，推動固態(tài)激光雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展

激光雷達(dá)（LiDAR）技術(shù)是業(yè)界公認(rèn)的智能駕駛核心技術(shù)。國內(nèi)近年來在多線激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域獲得了長足的進(jìn)步，而固態(tài)激光雷達(dá)方面和國外差距卻還不小，關(guān)鍵在于底層研發(fā)技術(shù)受限，尤其是光源芯片技術(shù)。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(dú)具優(yōu)勢，十分適合作為全固態(tài)激光雷達(dá)光源。隨著智能駕駛時代的到來，面向未來激光雷達(dá)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(chǎn)業(yè)布局。近年來，隨著基于VCSEL的3D感測技術(shù)在iPhone X手機(jī)中獲得成功應(yīng)用，VCSEL受到了國內(nèi)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(dá)的應(yīng)用需求。

百瓦級VCSEL芯片及其驅(qū)動電路技術(shù)門檻非常高，國際上也只有美國、日本等少數(shù)高水平研發(fā)團(tuán)隊(duì)擁有相關(guān)核心技術(shù)。據(jù)麥姆斯咨詢報道，近日，長春光機(jī)所高功率半導(dǎo)體激光團(tuán)隊(duì)在910nm高功率VCSEL領(lǐng)域取得突破，成功實(shí)現(xiàn)面向全固態(tài)激光雷達(dá)應(yīng)用的百瓦級VCSEL列陣。該團(tuán)隊(duì)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(dá)120W的910nm VCSEL激光列陣模塊，該模塊輸出功率達(dá)到100W時所需的工作電流僅為55A，激光列陣重復(fù)頻率10kHz，脈寬30ns。經(jīng)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(guān)成果已經(jīng)發(fā)表在光電子領(lǐng)域?qū)I(yè)雜志。

左圖：百瓦級VCSEL列陣模塊功率曲線及實(shí)物圖，右圖：整形后的遠(yuǎn)場光斑形貌

本次長春光機(jī)所在百瓦級VCSEL芯片技術(shù)上的突破將推動我國固態(tài)激光雷達(dá)技術(shù)快速發(fā)展。面對智能駕駛行業(yè)帶來的固態(tài)激光雷達(dá)發(fā)展機(jī)遇，長光所與復(fù)旦大學(xué)依托各自優(yōu)勢，聯(lián)手成立復(fù)旦—長光合作基金（項(xiàng)目號：FC2017-002），資助長光所高功率半導(dǎo)體激光團(tuán)隊(duì)與復(fù)旦大學(xué)高功率電子學(xué)團(tuán)隊(duì)開展深度合作，開發(fā)驅(qū)動一體化固態(tài)激光雷達(dá)光源模塊，以期早日掌握產(chǎn)業(yè)化技術(shù)。目前該模塊正被小批量用于面陣型固態(tài)激光雷達(dá)系統(tǒng)探測效果驗(yàn)證。除此之外，長春光機(jī)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(qū)動集成模塊系統(tǒng)，脈沖激光功率均可以達(dá)到30W以上。

用于遠(yuǎn)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(jī)所與復(fù)旦大學(xué)高功率電子學(xué)團(tuán)隊(duì)合作開發(fā)

長春光機(jī)所高功率半導(dǎo)體激光研發(fā)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)始人為我國著名半導(dǎo)體激光專家***院士，目前王院士擔(dān)任團(tuán)隊(duì)學(xué)術(shù)帶頭人，現(xiàn)任團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人寧永強(qiáng)研究員為中央組織部“萬人計(jì)劃”領(lǐng)軍人才、國務(wù)院特殊津貼獲得者。團(tuán)隊(duì)自2002年至今堅(jiān)持深耕高功率VCSEL領(lǐng)域，在高功率VCSEL領(lǐng)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(shí)現(xiàn)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、外延制備、工藝流片、封裝測試全鏈條核心技術(shù)。