半导体激光器种类较多,根据其芯片参数、封装方式的不同,有多种分类方式。其中,光纤输出的半导体激光器分类方式主要有以下几种:
千讯咨询发布的中国半导体激光器市场前景调查分析报告显示,作为光纤激光器和固体激光器等种类激光器的泵浦源,其中使用领域最多的是光纤激光器,大约占到"泵浦源"使用上激光器的70%份额。
2013年泵浦源用半导体激光器市场规模5.21亿元;2014年泵浦源用半导体激光器市场规模6.18亿元,同比增长18.6%;2015年泵浦源用半导体激光器市场规模7.38亿元,同比增长19.3%;2016年泵浦源用半导体激光器市场规模8.62亿元,同比增长16.8%;2017年泵浦源用半导体激光器市场规模10.42亿元,同比增长20.9%。
目前,半导体激光器的最大应用是作为光纤激光器和固体激光器的泵浦源。作为光纤激光器泵源的半导体激光器,提高单元功率能够从根本上简化泵浦系统的结构或提高泵浦功率水平。随着光纤激光器和固体激光器输出功率越来越高,对半导体泵浦源的功率也提出了更高的要求。
2013年"直接用"半导体激光器市场规模3.13亿元;2014年"直接用"半导体激光器市场规模3.68亿元,同比增长17.6%;2015年"直接用"半导体激光器市场规模4.35亿元,同比增长18.3%;2016年"直接用"半导体激光器市场规模5.06亿元,同比增长16.3%;2017年"直接用"半导体激光器市场规模6.12亿元,同比增长20.9%。
低功率直接半导体激光器主要应用于塑料焊接以及锡焊。在塑料焊接中,激光焊接具有焊缝尺寸精密、非接触焊接、机械应力,热应力低,焊接外观完整、无焊渣等优势。在锡焊中,激光焊接具有无焊头、非接触式、焊接时间短等优势。
千瓦级直接半导体激光器在熔覆中应用,具有无耗材、热影响区域小、结构紧凑体积小、电光转换效率高、易于自动化集成、免维护、成本低等优势,成为熔覆应用的理想选择。
激光雷达虽然已经有几十年的历史,可在汽车领域里,还是比较新颖的技术。因为激光雷达具有连续高精度3D扫描的潜力,抗干扰能力很强,因而备受汽车制造商们的推崇。激光雷达主要由激光探测、激光测距两部分功能组成,相当于自动驾驶的眼睛。除了发射器之外,激光雷达系统还需要一个高度灵敏的接收器,主要用于测量静止物体和移动物体的距离,通过实时接收反馈保持对外界的敏锐感知力。
传统雷达无法识别物体细节,而摄像机在暗光或逆光条件下识别效率明显降低。激光雷达3D精准的扫描探测能力,可以轻松突破这些障碍。
不过就目前来说,由于激光雷达存在成本过高、体积过大的问题,使得其应用受到了很大限制。为了降低激光雷达的使用成本,同时,提高产品的可靠性,使用固态激光雷达代替传统的机械式激光雷达是当前的主流方式。
随着我国乡村公路建设及高速公路建设投资加大,未来道路测绘相关需求量有所增加。未来随着科技发展,激光雷达在智能应用上面需求量增加。
2017年下游智能应用、道路测绘和勘探检测在占其整个市场的80%以上,道路测绘占50%左右。
激光雷达的下游应用领域核心是无人驾驶汽车、服务机器人、无人机和工业测绘领域等。从目前全球激光雷达企业的下游应用领域分布来看,居多的仍然是智能汽车和机器人领域。所以激光雷达下游企业包括无人驾驶汽车生产商、无人机生产企业、服务机器人生产企业。
在未来多个领域会应用到激光雷达,包括智能应用、道路测绘、勘探检测、无人驾驶等领域,市场潜力巨大。
全球激光雷达市场,北美占据整个市场收入的45%左右,欧洲占据33%市场份额。根据相关数据显示,随着我国经济发展,激光雷达应用领域增加,我国激光雷达市场规模将会大幅度增长。2013年中国激光雷达市场规模只有2.09亿元,到2016年中国激光雷达市场规模达到了2.89亿元,同比增长11.8%。到了2017年,中国激光雷达市场规模达3.25亿元。预计2018年中国激光雷达市场规模将达3.49亿元,2022年将达到4.64亿元。
随着无人驾驶与商用服务机器人概念的普及,被视机器人"眼睛"的定位扫描方案越来越受到重视。激光雷达方案具备更高的精准度和数据完整度,但受限于国外的高成本方案难以在通用型机器人产品中普及,但近几年国内相关研发创业团队逐步推出了低成本方案,备受资本和市场的认可,成为机器人领域的重要创业风口。
3D激光雷达是无人驾驶的核心技术之一,被视为现阶段实现无人驾驶最有效的路径。上市公司中,万集科技正在开展车载3D激光雷达技术和相关产品的研发;中海达着手研究并开发适用于无人驾驶领域的高精度导航地图、激光雷达等产品,产业前景可期。
毫米波雷达发射毫米波段的电磁波,利用障碍物反射波的时间差确定障碍物距离,利用反射波的频率偏移确定相对速度。毫米波雷达穿透雾、烟、灰尘的能力强,具有全天候(大雨天除外)全天时的优点。其缺点是无法识别物体颜色;视场角较小,需要多个雷达组合使用;行人的反射波较弱,难以识别。目前市场上主流的车载毫米波雷达频段为24GHz(用于短中距离雷达,15-30米)和77GHz(用于长距离雷达,100-200米)。但是77GHz在性能和体积上都更具优势,77GHz的距离分辨率更高,体积比24GHz产品小了三分之一。
毫米波雷达主要由天线、射频MMIC、基带信号处理三部分组成。现在的毫米波雷达采用"微带贴片天线"使得天线体积更小、重量更轻。雷达射频前端单片微波集成电路(MMIC)用于产生和接收射频信号,目前主流的芯片是SiGe工艺,主要厂商有英飞凌。不过已经有公司如富士、德州仪器等公司开发出了CMOS工艺的毫米波射频芯片,使得成本大幅降低。基带信号处理部分主要是算法,是毫米波雷达稳定性、可靠性的核心。数字处理包括阵列天线的波束形成算法、信号检测、测量算法、分类和跟踪算法等。
目前毫米波雷达的主流方案是一个77GHz的长距雷达加4个24GHz的短距雷达,单价按77GHz为1000元,24GHz为500元计算。在不考虑汽车销量增加的情况下,当渗透率达到20%时,国内市场规模将达到168亿元,全球为564亿元。若毫米波雷达成为标配,渗透率达到100%,则国内市场规模将达到840元,全球市场规模达到2820亿元。
毫米波雷达技术多运用在军事上,随着自动驾驶的兴起,这一技术开始显露出商用化价值。与红外、激光、电视等光学导引头相比,毫米波导引头穿透雾、烟、灰尘的能力强,具有全天候、全天时的优秀特性。此外,毫米波导引头的抗干扰能力和反隐身能力也十分突出。毫米波雷达能分辨识别很小的目标,而且能同时识别多个目标;具有成像能力,体积小、机动性好等突出特性。
此外,由于毫米波雷达在技术上的成熟度比较高,其价格普遍仅在千元出头,相比于动辄数万到数十万的激光雷达,显然毫米波雷达要亲民的多。不过,在雨、雾和湿雪这类潮湿环境中,毫米波的探测距离会受到很大影响。与微波相比,毫米波的树丛穿透能力也比较差。
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