在2017年首次進入蘋果iPhone X成為3D人臉識別的光源之前，VCSEL還不知道這是自己人生改寫的轉(zhuǎn)折點。

1、低開高走的人生

1977年，日本東京工業(yè)大學Iga教授最早提出VCSEL的概念。

VCSEL，Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，簡稱垂直腔面發(fā)射激光器，是一種垂直于襯底面發(fā)射出激光的半導體激光器，因為垂直腔表面發(fā)射，因此也被稱為面射型激光器，其激光束呈圓形對稱。

VCSEL的結(jié)構有點類似一個“三明治”，主要包括上、下底部的多層布拉格反射鏡（DBR）、導電限制區(qū)、有源區(qū)以及半導體襯底等，激光束沿著垂直于襯底方向出射，其典型結(jié)構如下圖所示。上、下底部的DBR與有源區(qū)形成激光器的腔體，其中有源區(qū)是VCSEL的重要組成部分。

*圖源網(wǎng)絡，“三明治”結(jié)構的VCSEL

VCSEL具有調(diào)制響應快、光束質(zhì)量好、效率高、低功耗、易于與芯片集成等諸多優(yōu)點，但由于其單個芯片輸出功率較低，因此在誕生近40年的時間里，VCSEL一直局限在短距光通信領域。

后來，智能手機的出現(xiàn)進一步拉進了人們和設備的距離，VCSEL才更多找到屬于自己的舞臺。

2016年，VCSEL替代LED應用于手機中的接近傳感器。相信大家都有這樣的使用體驗：當用手機接聽電話時，屏幕會在貼近耳朵時自動熄滅。

這背后就有VCSEL芯片制成的接近感應模塊的支持——通過低功率的VCSEL芯片發(fā)射激光，當有物體靠近時會自動反射激光，手機就能偵測到物體接近，并判斷屏幕是熄滅還是點亮，這就讓手機日常使用時盡可能降低功耗并減少誤觸，方便人們使用。

接近感應讓人們感受到了VCSEL的魅力，但真正讓VCSEL一炮而紅的現(xiàn)象級應用，還是2017年蘋果推出的十周年重磅產(chǎn)品——iPhone X，它的發(fā)布讓VCSEL芯片產(chǎn)業(yè)迎來了爆發(fā)式擴張。

2、大器晚成的VCSEL市場前景被哪些應用點亮？

伴隨VCSEL的功率隨技術發(fā)展逐步提高，其下游應用領域不斷擴展，該市場具有結(jié)構性特征，短期支撐與長期想象空間并存。

根據(jù)Yole Intelligence發(fā)布的年度《2022年VCSEL市場和技術趨勢》報告顯示，預計2022年VCSEL市場規(guī)模將達到16億美元（約合人民幣113.7億元）左右，是2018年的2倍。

*圖源：Yole Intelligence

據(jù)報告顯示，未來5年，VCSEL整體市場還是將保持高速增長趨勢，或以19.2%的年均復合增長率（CAGR）增長，到2027年市場規(guī)模將達到39億美元（約人民幣277億元）。

而從上圖中也可以看出，除了消費電子、通信等主流市場，工業(yè)和汽車正成為VCSEL應用更具憧憬的場景，可以說VCSEL激光器是3D傳感、激光雷達市場快速發(fā)展的關鍵驅(qū)動力。

電子商務和物流業(yè)的飛速增長以及對工作場所安全性的關注度提高正在推動自主移動機器人（AMR）和自動導向車（AGV）市場的大規(guī)模增長。為了幫助AMR/AGV獲得更廣闊的視角，快速推進自動機器車導航系統(tǒng)的發(fā)展，精確且經(jīng)濟高效的3D傳感和激光雷達技術必不可少。

作為擁有超過26萬名員工的制造解決方案供應商，Jabil制造了世界上第一臺基于ToF的全向傳感器，可監(jiān)測自動機器車四周360度。

在這款全向傳感器的設計中，Jabil想要探測地面和空中的所有障礙物，因此它需要使用高功率VCSEL來適當?shù)卣樟林車�的環(huán)境，艾邁斯歐司朗的Bidos VCSEL產(chǎn)品正能滿足其需求。

• 納米級響應，可以在非常短的時間內(nèi)檢測到障礙物；
• 無需費心校準，由于Bidos VCSEL產(chǎn)品提供了重復度非常高的圖案，所有孔徑之間沒有差異……

物流場景之外，在智能家居和樓宇自動化中，為了確保樓宇和敏感工作環(huán)境的安全性，先進的門禁和可靠的監(jiān)測解決方案至關重要，艾邁斯歐司朗的VCSEL技術支持通過面部識別進行身份驗證，確保人們能夠安全地進入樓宇或公司停車場。

事實上，3D人臉識別身份驗證不僅可顯著提高門禁的便利性，同時還確保了高水平的安全性，用戶本人即使丟失了鑰匙、工卡或PIN碼，但有了3D人臉識別身份驗證，自身就是可靠的鑰匙，這種方式為住宅和商業(yè)場所的門禁帶來無與倫比額的便利性。

4、汽車行業(yè)帶來新憧憬

隨著3D傳感技術的應用不斷增加，汽車激光雷達、以及艙內(nèi)傳感等新興應用也成為VCSEL技術發(fā)展的新陣地。

去年底，補盲激光雷達進一步帶火了VCSEL，多款基于VCSEL技術的短距固態(tài)激光雷達發(fā)布，讓VCSEL再次置于聚光燈下。

除了車載激光雷達市場，艙內(nèi)傳感也是VCSEL應用的重頭戲，其中以DMS（駕駛員狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)），OMS（乘客狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)）最為產(chǎn)業(yè)關注。

*圖源：Yole Intelligence

近幾年， DMS迅速興起，可保障道路安全并提升駕駛體驗。安全性和自動駕駛是移動出行領域的兩大趨勢，受到歐盟和美國國家公路交通安全管理局(NHTSA)等監(jiān)管機構的支持，這些機構要求汽車制造商使用駕駛員狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。自2023年起，歐洲新車安全評鑒協(xié)會(Euro NCAP)還將要求直接DMS的安全評級達到5星。

而且除提升安全性之外，DMS還可滿足舒適度相關的需求，如駕駛員身份識別和驗證，或調(diào)整增強現(xiàn)實抬頭顯示（HUD），從而實現(xiàn)更好的駕駛體驗。此外，隨著L2+以上的自動駕駛功能投入使用，方向盤離手檢測功能也愈顯重要。 

隨著與車內(nèi)乘員相關的新的安全標準陸續(xù)出臺，以及車輛自主性的提高，乘員監(jiān)測系統(tǒng)（OMS）也變得不可或缺。

值得注意的是，NCAP（新車碰撞測試）路線圖中除了涉及DMS駕駛員狀態(tài)監(jiān)測、還包括了乘員監(jiān)測和兒童位置監(jiān)測功能，可用于安全帶狀態(tài)提醒、自適應安全氣囊部置，或提醒父母兒童遺留在車內(nèi)的情況。

一系列采用VCSEL技術的應用正在不斷增加。

而在VCSEL方面，艾邁斯歐司朗可以提供廣泛的VCSEL激光芯片、封裝和模塊等VCSEL垂直腔面發(fā)射激光器產(chǎn)品組合，以滿足汽車激光雷達、機器人周圍環(huán)境檢測和智能手機人臉識別解鎖等各種應用需求。

比如去年5月份，全球領先的汽車半導體供應商Melexis宣布全球領先的光學解決方案供應商艾邁斯歐司朗為其最新的汽車iToF產(chǎn)品提供了高性能紅外激光泛光照明器——TARA2000-AUT系列的VCSEL。

這款VCSEL不僅具有集成的人眼安全聯(lián)鎖功能，同時與業(yè)界其他VCSEL泛光照明器相比，在尺寸上更緊湊，也能實現(xiàn)更可靠、更快的系統(tǒng)響應。

而就在6月初，艾邁斯歐司朗宣布升級了這一產(chǎn)品，全新推出TARA2000-AUT-SAFE系列VCSEL產(chǎn)品，在提供比現(xiàn)有汽車VCSEL模塊更可靠、更強的人眼安全功能的同時，強化了用于汽車艙內(nèi)傳感的紅外激光模塊組合。

新推出的TARA2000-AUT-SAFE可在940nm的峰值波長下產(chǎn)生一束嚴格控制的紅外光，適用于與現(xiàn)有TARA2000-AUT系列相同的應用場景：駕駛員監(jiān)測、手勢傳感和艙內(nèi)監(jiān)測，由于采用了新的內(nèi)置互鎖回路方法來保護人眼安全，為汽車制造商提高了可靠性并簡化了設計。

據(jù)悉，TARA2000-AUT-SAFE系列將于2024年起向一家全球排名前十的汽車制造商批量供應。

轉(zhuǎn)自：感光現(xiàn)象

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