汽車

VCSEL技術因其緊湊的尺寸、高效率和高可靠性，在汽車領域的應用正在迅速擴展，成為實現車內外多種傳感器應用的關鍵技術。同時，隨著自動駕駛技術的發展，VCSEL因其高人眼安全性，在汽車傳感器領域的地位變得越來越重要。它在車艙內部監控、智能照明、激光雷達（LiDAR）、自動駕駛和高級駕駛輔助系統（ADAS）等多個方面發揮著重要作用。

傳統的車艙內監控系統大多依賴于紅外LED，但使用VCSEL替代LED的趨勢日益明顯。在LiDAR技術方案中，由于VCSEL的快速脈沖模式非常適合LiDAR應用，能夠提供高峰值功率的超短脈沖實現3D環境感知的更高精度，VCSEL正在逐步取代傳統的EEL。

VCSEL的小型封裝顯著減少了傳感器的占用空間，與傳統技術相比，其體積縮小了5到10倍。通過為VCSEL二極管添加智能功能，例如單片集成微光學元件，VCSEL不僅能夠進一步減少占用空間，還為光學設計提供了更大的靈活性。這種設計靈活性使VCSEL能夠支持車內外的不同應用，滿足從短程到長程的照明需求。

在夜間駕駛時，VCSEL技術能夠通過紅外補光的方式，探測前方路況，并將圖像清晰地顯示在中控顯示屏上。傳統的夜視系統主要依賴紅外光源和攝像機獲取黑白圖像，盡管這能夠增加可視距離，但在雨霧等惡劣天氣下，攝像機接收到的反射光容易飽和，難以捕捉遠距離的微弱光信號。

此外，傳統激光器通常以連續或準連續模式工作，功耗較高，且需要復雜的散熱設計，增加了設備體積。而最新的VCSEL技術引入了納秒或微秒級的窄脈沖激光器進行補光。結合激光器和攝像機開關時機的精確控制以及延時掃描技術，可以在不增加功耗的前提下，對不同距離的目標實現清晰成像。

這種技術不僅減小了設備體積，還提高了成像效果，尤其在復雜天氣條件下表現出色。目前，VCSEL的這一應用已廣泛應用于交通監控、汽車夜視以及高速運動目標的檢測等多個領域。汽車車頭有一套遠紅外夜視系統即搭載了VCSEL芯片，在高速情況下仍能實現300m超長距離的高分辨率。

從2020年開始，越來越多的汽車制造商開始將激光雷達技術集成到其汽車中的高級駕駛輔助系統（ADAS）中。ADAS通過傳感器（如攝像頭、雷達和激光雷達）收集車輛周圍環境的數據，并結合軟件算法，幫助駕駛員做出更安全的駕駛決策。

固態激光雷達是自動駕駛汽車中的關鍵傳感器，2D可尋址VCSEL作為其核心技術之一，以實現高精度、高效率的環境感知和測量，從而實現更高級別的夜間自動駕駛功能。在固態激光雷達中，2D可尋址VCSEL陣列允許對每個VCSEL單元進行單獨控制，對外發射點陣多光束光源。這意味著可以精確控制哪些VCSEL單元發出激光，以及何時發出激光。

同時，探測器可以開啟與發射相對應的區域，接收目標反射光。最終，通過多個角度的電子掃描，完成整個視場范圍內的激光雷達點云獲取。這種靈活性使得固態激光雷達能夠實現高密度的點云生成，從而更準確地感知周圍環境。不僅可以幫助自動駕駛汽車準確感知周圍環境中的行人、車輛和其他障礙物，也能在機器人導航可以自主規劃路徑、避開障礙物，并準確到達目標位置、無人機高精度的障礙物檢測能力，使其能夠在復雜環境中安全飛行（無人機避障）等領域展現出廣泛的應用前景。

消費電子應用

自2016年VCSEL技術首次被應用在手機中以來，極大地推動了整個行業的快速發展。在消費電子領域，VCSEL激光器已經被廣泛應用于多種消費類電子應用場景，包括手機/平板、TWS藍牙耳機、AR/VR、健康監測、人臉識別、3D傳感、美容醫療等。

消費類應用的VCSEL芯片涵蓋了單孔或多孔芯片，規則或隨機發光孔陣列芯片，單結或多結芯片，可尋址芯片。光功率從毫瓦級低光功率（連續驅動）至數百瓦級的超高光功率（脈沖驅動）。波長范圍包含紅光可見光（650nm-680nm）和近紅外光（808nm、850nm、905nm、940nm）。未來陸續推出紫外，藍綠光，及全波段VCSEL，歡迎關注咨詢。

如今，VCSEL技術在手機中的重要作用不僅限于人臉識別，還擴展到表情捕捉和3D建模等功能，例如蘋果的Animoji功能。為了實現高密度的3D結構光，iPhone采用了包括VCSEL在內的多種技術組件來增強3D成像和紅外攝影能力。

智能手機設計的發展對VCSEL技術提出了更高的要求，近年來，OEM廠商正致力于將近紅外波段的VCSEL技術集成到OLED屏幕下方，這項技術能夠降低電源消耗、改善熱管理，并提升光學性能。

市場對于更高屏占比的追求也促使傳感器集成到顯示屏下方，需要依賴更先進的材料和制造工藝。此外，短波紅外波段的VCSEL有望成為屏下3D傳感模塊的核心技術，從而帶動整個行業向更高集成度方向發展。

在智能家居領域，VCSEL激光傳感器被廣泛應用于智能掃地機器人、智能門鎖、智能燈光、小型家庭美容儀器等設備中。VCSEL激光雷達由于其高精度和小型化的特點，尤其適用于長距離檢測和室內導航。

且由于大多數消費產品的內部空間都極為狹窄，終端家居客戶在考慮接近傳感的應用集成時，一般會要求模塊尺寸最大限度緊湊。而當接近傳感的發射端與接收端距離過于接近時，發射光與內部反射光會發生信號串擾，進而影響整體的測量精度。

目前，公司已推出特有的超窄發散角可大幅降低傳感器件信號串擾現象，確保發射和反射光具有清晰、不互相干擾的往返路徑，可幫助縮小接近傳感模塊尺寸、簡化器件設計并實現更精確的距離測量。

在智能家居領域，VCSEL技術將成為智能家居設備如掃地機器人、智能電視、家用投影儀等產品的核心傳感器。伴隨著智能家居設備市場的擴展，VCSEL技術的市場需求也會進一步攀升。

在可穿戴設備領域，目前主要的如智能手表、智能戒指等擁有心率檢測、控制智能家電等功能，通常都包含了VCSEL激光器。例如，蘋果手表利用VCSEL技術實現脈搏血氧檢測，并在無線立體聲（TWS）耳機中提高了佩戴檢測的準確性。

同時，小尺寸和超低功耗也使VCSEL成為便攜式健康監測設備的理想選擇。在智能戒指等新興市場，VCSEL技術通過提高生理數據采集的準確性和降低功耗，進一步推動了設備的功能和市場應用。高功率高光效紅光VCSEL發射的光可以透過皮膚測量睡眠健康、心率和血氧飽和度，在運動監測和健康管理方面非常有用。

數據通信

在過去的半個世紀里，移動技術幾乎每十年都會實現一次創新的飛躍。從最初僅支持語音通話和短信，發展到現在能夠承載超高清（UHD）視頻和增強現實/虛擬現實（AR/VR）應用，移動帶寬的需求持續增長。

目前全球消費者和企業用戶對網絡和云服務的需求仍在持續上升。社交網絡、商務會議、超高清視頻流、電子商務和游戲等應用在這一過程中發揮了關鍵作用，進一步推動了數據通信市場的擴張。

在技術層面，VCSEL以其單片制造能力、卓越的波束質量、快速的調制帶寬以及陣列形式的可擴展性，展現出在短距離互連領域的顯著競爭力。特別是在850nm波長的VCSEL中，這些特性使其成為數據中心高速通信的理想選擇。

目前，隨著市場對高速數據傳輸需求的不斷增長，VCSEL不僅在現有架構中得到廣泛應用，同時也激發了新材料和技術平臺的開發，以滿足5G網絡、人工智能和機器學習等新興技術的需求。

在數據通信領域，光收發模塊市場增量顯著，2019至2020年期間增長了23.8%，主要受到數據中心互連需求的增加、城域網和長途網絡對額外容量需求的增長以及5G移動網絡加速發展的推動。

到2021年，光收發模塊市場的收入繼續增長21.3%，達到58.3億美元。這一增長的主要因素包括工作、教育和娛樂領域對視頻會議、流媒體視頻、社交網絡和云計算需求的激增，這些應用加速了數據和視頻流量的增長。

隨著數據中心和5G通信市場的擴展，數據量承載指數級增長，光模塊等產品在數據通信行業的需求預計將持續上升。這些應用場景不僅促進了光模塊市場的發展，也進一步推動了光模塊市場的發展奠定了VCSEL技術在未來數據通信中的重要地位。

工業激光

在工業應用中，VCSEL激光器在激光雷達系統中的應用已成為推動工業自動化和智能基礎設施發展的關鍵因素。這些激光雷達系統能夠實現精確的光探測和測距，廣泛應用于工業自動化、交通控制、測距儀等領域。

VCSEL的加入使得工業機器人能夠識別并避開人類工人，同時清潔機器人也能在復雜環境中自主導航，顯著提升了工業生產的安全性和效率。

工業激光雷達產品類型包括遠程激光雷達和機器視覺等。隨著技術進步，激光雷達系統已從早期的工廠自動化和自動門等少數應用，擴展到物流、智能基礎設施和安全等新興領域。3D激光雷達的快速發展和成本降低，正在挑戰2D激光雷達的傳統地位，為工業應用帶來新的可能性。

物流自動化的加速推進，使得激光雷達在倉庫、港口的自動引導車輛（AGV）和工業清潔機器人中的應用迅速增加。盡管許多自動化應用仍處于測試階段，但其發展速度值得關注。

同時，激光雷達在智能基礎設施中的應用也在擴大，如交通控制、機場人群管理和公共安全等領域，激光雷達作為關鍵傳感器的作用日益凸顯。它們能夠提供匿名的3D信息，并且可以在夜間操作，逐漸取代了電感回路、相機和雷達等傳統技術。

目前，多模VCSEL在工業激光雷達和機器視覺應用中占據主導地位。然而，單模VCSEL因其更高的精度和穩定性，在傳感和計量領域的新興應用中迅速獲得市場份額。單模VCSEL廣泛應用于環境監測、醫療診斷和工業過程控制等領域，隨著這些應用的發展，對精確傳感解決方案的需求也在上升。

隨著技術的持續進步和新應用的不斷涌現，VCSEL激光器在工業領域的應用正變得越來越廣泛。預計未來，隨著對更高精度、更快響應和更低功耗需求的增長，VCSEL技術將在工業自動化和智能基礎設施中扮演更加關鍵的角色。

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?審核編輯 黃宇