進(jìn)一步判斷認(rèn)為，隨著蘋果新機(jī)型的創(chuàng)新應(yīng)用量產(chǎn)之后，將帶動消費級市場的全面啟動：1）一方面，以華為、OPPO、VIVO、三星等為首的高端機(jī)型第二梯隊將快速響應(yīng)與普及。2）另一方面，激光器量產(chǎn)供應(yīng)鏈形成之后將帶動產(chǎn)品價格的全面平民化，AR眼鏡、智能駕駛雷達(dá)等一系列顛覆式應(yīng)用將徹底從概念化小眾市場得到快速普及。
AR最核心技術(shù)在于光學(xué)，尤其是激光技術(shù)！無論是手勢識別、三維重構(gòu)還是成像，光學(xué)技術(shù)都是決定性基礎(chǔ)。我們從目前幾款主流產(chǎn)品拆解及技術(shù)原理進(jìn)行分析。
HoloLens相比以往任何設(shè)備的強(qiáng)大之處，在于其能夠?qū)崿F(xiàn)對現(xiàn)實世界的深度感知并進(jìn)行三維建模。HoloLens 擁有擁有一組四個環(huán)境感知攝像頭和一個深度攝像頭，環(huán)境攝像頭獲得周圍圖像RBG信息，深度攝像頭則利用TOF技術(shù)獲得視覺空間深度圖（Depth Map）并以此重建三維場景、實現(xiàn)手勢識別。
除了3D攝像模塊，就是最關(guān)鍵的光學(xué)成像模塊。目前來看，HoloLens配備兩塊光導(dǎo)透明全息透鏡，虛擬內(nèi)容采用LCoS（硅基液晶）投影技術(shù)，從前方微型投影儀投射至光導(dǎo)透鏡后進(jìn)入人眼。
LCOS（液晶覆硅技術(shù)）是小型化AR頭顯的關(guān)鍵技術(shù)之一。三片式的LCOS成像系統(tǒng)，首先將投影光源發(fā)出的白色光線，通過分光系統(tǒng)系統(tǒng)分成紅綠藍(lán)三原色的光線，然后，每一個原色光線照射到一塊反射式的LCOS芯片上，系統(tǒng)通過控制LCOS面板上液晶分子的狀態(tài)來改變該塊芯片每個像素點反射光線的強(qiáng)弱，最后經(jīng)過LCOS反射的光線通過必要的光學(xué)折射匯聚成一束光線，經(jīng)過投影機(jī)鏡頭照射到屏幕上，形成彩色的圖像。在Hololens中，靠近鼻梁處的兩處發(fā)光點就是LCoS微型投影儀所在處。目前在投影光源上主要有LED和激光兩種方案，由于激光在光束質(zhì)量、亮度、功耗和使用壽命上無可比擬的優(yōu)越性，我們認(rèn)為其將是未來的發(fā)展方向。
另一款主流AR產(chǎn)品Meta同樣采用了基于TOF的3D攝像頭技術(shù)以及利用基于半反半透鏡的投影技術(shù)進(jìn)行成像。
Meta的3D攝像頭模塊由一對高清攝像頭和一個紅外探測器組成，利用TOF技術(shù)獲取圖像深度信息，能夠?qū)崿F(xiàn)勢識別、QR碼（二維碼的一種）跟蹤、特征跟蹤、慣性測量單元等核心功能。
Meta的成像方式則是基于半反半透鏡的投影技術(shù)，造型極其緊湊的投影儀藏在鏡框內(nèi)，左右各有一個。由LED光源將半透式LCD上的影像投射到半反半透膜上，然后發(fā)射進(jìn)人眼進(jìn)行成像，從而提供立體視覺。
以色列Lumus的AR眼鏡也采用了微型投影技術(shù)，成像關(guān)鍵部件由微型投影儀、光導(dǎo)元件（LOE）和反射波導(dǎo)組成。植入眼鏡的微型投影儀（例如激光投影）將圖像畫面進(jìn)行投放，通過光導(dǎo)元件、反射波導(dǎo)形成全反射。
我們認(rèn)為，微投成像和3D攝像是未來AR產(chǎn)業(yè)兩大核心技術(shù)，以VCSEL為代表的半導(dǎo)體激光器件將成為AR光學(xué)技術(shù)的最基礎(chǔ)部件，引領(lǐng)消費電子光學(xué)時代到來！
隨著投影顯示技術(shù)的發(fā)展，對投影系統(tǒng)的亮度、解析度、色彩豐富性的要求將會越來越高，光源作為投影系統(tǒng)的重要部件，其發(fā)光特性將直接決定投影系統(tǒng)質(zhì)量。激光光束色度、照度高度均勻，具有亮度高、單色性好、波長固定等傳統(tǒng)光源無可比擬的優(yōu)勢，未來取代LED成為微型投影模塊、投影儀、投影電視等設(shè)備光源將是大概率事件。
目前，激光顯示技術(shù)主要有三基色純激光、熒光粉+藍(lán)光、LED+激光混合光源三種技術(shù)，對比來看，三基色純激光優(yōu)勢較為明顯。
三基色激光被業(yè)界視為最正統(tǒng)的激光光源，其具有色域廣、光效高、壽命長、功耗低、一致性好、色溫亮度可調(diào)、穩(wěn)定、安全可靠免維護(hù)、應(yīng)用靈活等優(yōu)點。三基色光源由單色光，紅、綠、藍(lán)三色光分別調(diào)制，彩色效果非常理想。
技術(shù)進(jìn)展來看，紅光激光二極管技術(shù)（包括VCSEL紅光陣列）發(fā)展已經(jīng)十分成熟，藍(lán)光激光二極管價格尚高，綠光激光二極管則還有待發(fā)展。從已披露專利來看，目前已有“紅光VCSEL陣列+藍(lán)光VCSEL陣列+綠色全固體激光器”的解決方案，VCSEL單元用于發(fā)出圓化激光光束，經(jīng)過微透鏡陣列準(zhǔn)直化后作為R、B光輸出。此外，采用VCSEL面陣可以減少VCSEL激光器之間的干涉性，弱化激光散斑，從而提高投影顯示質(zhì)量。
熒光粉激光即目前較為常見的單色激光+DLP技術(shù)和單色激光+3LCD技術(shù)，單色激光+DLP技術(shù)使用可以激發(fā)RGB不同顏色光的熒光粉色輪來實現(xiàn)，單色激光+3LCD技術(shù)則是通過單色激光照射熒光粉激發(fā)了高亮度白色熒光作為投影光源。這種通過激光激發(fā)熒光粉的技術(shù)從本質(zhì)上來講應(yīng)該不是直接使用激光進(jìn)行混合，而是使用熒光，這樣的好處是消除了激光帶來的安全隱患，但是亮度自然就無法達(dá)到更加理想的狀態(tài)，一般最多可以達(dá)到5000流明。
采用VCSEL或其他激光二極管+LED的混合光源方案是綜合利用LED和激光兩種光源的長處而形成的一種新興光源。這一方案試圖規(guī)避LED亮度低和激光偏色嚴(yán)重這兩個最大的弊端來開拓一條脫離傳統(tǒng)光源的新路，目前還處于起步階段，不過已有公司開始面向商用市場推出混合光源的產(chǎn)品。
上圖的混合光源結(jié)構(gòu)是來自藍(lán)色激光、紅色LED發(fā)光體（或包括藍(lán)色LED），部分藍(lán)色激光發(fā)射到磷光體上產(chǎn)生出綠色光線，從而構(gòu)成RGB三原色光線?；旌瞎庠赐队皺C(jī)目前也是采用DLP投影技術(shù)，三原色光線照射到DMD芯片，經(jīng)過芯片的調(diào)制形成圖像并投射出去?；旌瞎庠吹膬?yōu)勢，是生產(chǎn)成本相對較低，在亮度上也相較LED光源有明顯優(yōu)勢。
此外，高功率VCSEL陣列有望加速激光雷達(dá)商用推進(jìn)。日本汽車電子廠家日本電裝近期公布了對Trilumina公司的戰(zhàn)略投資，Trilumina公司主要進(jìn)行針對雷達(dá)設(shè)備的高功率VCSEL陣列開發(fā)，而這些雷達(dá)設(shè)備主要面向輔助駕駛和無人駕駛應(yīng)用。在CES2017上，Trilumina公司展示了自己基于VCSEL陣列的256像素3D激光雷達(dá)解決方案，如若進(jìn)展順利，公司開發(fā)的光源模塊可取代目前應(yīng)用于自動駕駛汽車示范項目的大尺寸、高成本掃描激光雷達(dá)，將高清和遠(yuǎn)距離傳感器功能整合進(jìn)小尺寸、穩(wěn)定且具成本效益的包裝中，進(jìn)而實現(xiàn)半自動和自動駕駛汽車的成功商業(yè)部署。
消費級、工業(yè)級應(yīng)用市場拓展將帶來VCSEL市場跨越式增長。根據(jù)研究機(jī)構(gòu)Markets and Markets的預(yù)測數(shù)據(jù)，VCSEL的市場空間將在2014年6.1億美元的基礎(chǔ)上以22%的符合年增長率快速增長，預(yù)計2020年將達(dá)到約21億美元。我們認(rèn)為，隨著大客戶導(dǎo)入基于VCSEL光源的3D攝像頭方案，其他廠商高端智能機(jī)以及AR產(chǎn)品將迅速跟進(jìn)，加上VCSEL陣列技術(shù)在激光雷達(dá)領(lǐng)域逐漸滲透，未來市場空間將遠(yuǎn)不止于此！
（四）關(guān)鍵點之三——VCSEL激光器光學(xué)組件
任何一種工作光源在滿足工作需要的之前，都要進(jìn)行性能調(diào)節(jié)，以達(dá)到需要的工作性能；激光也不例外。只是由于激光的光斑小、光束密集、能量高、速度快等特點，相應(yīng)的激光器光學(xué)處理組件要求會更為嚴(yán)格。加上激光器一直處于工業(yè)應(yīng)用中，本身的市場空間一直沒打開，激光器光學(xué)處理組件市場顯得更為小而雜且專業(yè)。目前市場對于該領(lǐng)域的研究尚處于起步階段，但我們認(rèn)為隨著激光器消費級市場的打開，未來該領(lǐng)域存在大幅爆發(fā)的機(jī)會；需要深入的剖析，尋找一批“懂激光”的激光器光學(xué)組件核心供應(yīng)商。
1、iPhone8 VCSEL激光器光學(xué)組件推測版
通過產(chǎn)業(yè)鏈調(diào)研，我們目前能驗證到iPhone8十周年用VCSEL激光器光學(xué)組件包括微型準(zhǔn)直透鏡、DOE（衍射光柵）等，（不排除還有其他光學(xué)組件沒有驗證到）。
微型準(zhǔn)直透鏡：是用來對發(fā)散的激光光源進(jìn)行準(zhǔn)直處理，達(dá)到平行、均勻光斑的作用；
DOE（衍射光柵）：是用來將平行發(fā)射的一束或多束光源，通過衍射光柵之后，均勻打出呈倍數(shù)的激光束，用以增加測量的精度與信息量，完成全面場景的錄入。
濾光片（在接收端鏡頭上）：目前VCSEL發(fā)出去的是紅外波長的光束，反射回來之后，通過傳感器計算出距離。但外部環(huán)境對于光束會有影響，反射回來作為測量用的光束不是單純的發(fā)射波段，因此需要濾光片過濾掉非工作波段的光波。
涉及到相關(guān)產(chǎn)品線的A股公司包括，VCSEL-光迅科技：2015年宣布自主研發(fā)的VCSEL陣列芯片將投入商用；微型準(zhǔn)直透鏡-福晶科技：為JDSU（Lumentum）、Finisar等光通信企業(yè)供給通信級準(zhǔn)直鏡頭；DOE-福晶科技：為微軟HoloLens聯(lián)合研發(fā)相關(guān)光學(xué)組件；濾光片-水晶科技：為Kinect供應(yīng)濾光片。
以下分別就三類比較重要的激光光學(xué)元件做分析，并對激光光學(xué)元件做全面梳理。
2、三種重要激光器光學(xué)元件分析之一：DOE
衍射光學(xué)元件（DOE，Diffractive Optical Elements）預(yù)計將是未來激光光束整形的最核心元件。它是利用計算機(jī)輔助設(shè)計，并通過半導(dǎo)體芯片制造工藝，在基片上(或傳統(tǒng)光學(xué)器件表面)刻蝕產(chǎn)生臺階型或連續(xù)浮雕結(jié)構(gòu)，形成同軸再現(xiàn)、且具有極高衍射效率的一類光學(xué)元件。DOE主要特性包括輕薄體積小、衍射效率高、設(shè)計自由度高、熱穩(wěn)定性良好、整形光路結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)良特性，目前已經(jīng)成為諸多光學(xué)儀器的重要元件。
DOE的基本原理是利用衍射原理在元件表面制備一定深度的臺階，光束通過時產(chǎn)生不同的光程差。通過不同表明設(shè)計來控制光束的發(fā)散角和形成光斑的形貌，實現(xiàn)光束均勻化、準(zhǔn)直、聚焦或形成特定圖案等功能。
目前DOE已經(jīng)被應(yīng)用于消費電子、醫(yī)療、激光加工等領(lǐng)域：
大客戶新產(chǎn)品有望采用類似Kinect的結(jié)構(gòu)光方案：VCSEL激光器發(fā)射出的光束通過準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直后，通過DOE器件得到25*25的激光散斑，然后再利用光柵進(jìn)行“衍射復(fù)制”后得到更大的散斑圖案，從而擴(kuò)大投射角度。之后紅外傳感器捕捉散斑信息，通過位移量算法計算出環(huán)境物體的深度信息。
我們結(jié)合HoloLens采用的顯示方案來對衍射光學(xué)器件（DOE）的應(yīng)用進(jìn)行說明。如下圖所示，為實現(xiàn)混合現(xiàn)實效果，讓自然光與投影圖像同時進(jìn)入人眼，微軟在HoloLens單鏡片上應(yīng)用了三塊表面刻蝕光柵（SGR, 是DOE的一種），分別是下左圖綠點與紅點所圈出的三塊區(qū)域，對應(yīng)下右圖中所標(biāo)示的52、54、56三部分。
圖像首先通過LCoS微型投影儀進(jìn)入綠點所圈的52號區(qū)域，也就是入耦合光柵（in-coupling SGR）。如下左圖所示，在給定介質(zhì)中，光線在特定角度下會實現(xiàn)全內(nèi)反射。入耦合光柵的主要作用就是通過DOE的微觀結(jié)構(gòu)來通過衍射來使光線以特定角度入射，以實現(xiàn)光線在鏡片內(nèi)的全內(nèi)反射。
光線通過54號折疊光柵（fold SGR）所處的位置，折疊光柵會將圖像折疊（偏轉(zhuǎn)）90度，到達(dá)下方56號出口光柵處（exit SGR），出口光柵通過衍射來成像并以特定角度輸出光線，使光線進(jìn)入人眼的角度與虛擬物體所在位置重合，以達(dá)到增強(qiáng)現(xiàn)實（AR）的效果。
DOE集體積小、衍射效率高、能夠自由設(shè)計光學(xué)功能等優(yōu)良特點于一身，未來將在激光投影、全息技術(shù)等領(lǐng)域大顯身手。我們認(rèn)為，隨著準(zhǔn)分子激光加工工藝、復(fù)制工藝的發(fā)展，DOE的制造成本將大幅降低并且能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，有望成為促進(jìn)光學(xué)系統(tǒng)實現(xiàn)微型化、陣列化和集成化的關(guān)鍵技術(shù)！福晶科技已與微軟聯(lián)合研發(fā)HoloLens，預(yù)計其中就包括DOE等相關(guān)光學(xué)組件，微軟Kincet是體感游戲機(jī)的鼻祖，亦是AR眼鏡領(lǐng)域最受期待的廠商。
3、三種重要激光器光學(xué)元件分析之二：準(zhǔn)直鏡頭
在 3D 攝像技術(shù)以及激光投影等消費電子應(yīng)用領(lǐng)域，對激光器發(fā)出的光束進(jìn)行整形更加具有必要性。在激光投影技
術(shù)中光束需要通過勻光、整形單元以滿足 LCD、LCoS、DMD 的均勻照明需求；在基于結(jié)構(gòu)光技術(shù)的 3D 攝像中也需要將光束進(jìn)行勻光、分束均勻地分布投射至周圍環(huán)境中，形成多個散斑來進(jìn)行捕捉、分析。同時若不進(jìn)行勻束地話光束中心能量過大還可能對人眼造成傷害。 采用微準(zhǔn)直透鏡對 VCSEL 出射光束進(jìn)行準(zhǔn)直、形成散斑等整形處理。
準(zhǔn)直器屬于激光器件中用于輸入輸出的一個光學(xué)元件，其結(jié)構(gòu)簡單一般為透鏡系統(tǒng)，作用是使發(fā)散光通過前置的準(zhǔn)直系統(tǒng)變成平行光（高斯光束，越靠中心能量越高）。
在光通信及工業(yè)級激光加工領(lǐng)域，均需要通過準(zhǔn)直器件將激光光束轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫泄馐瑥亩ＷC在高功率光束下的穩(wěn)定光束質(zhì)量或者使光最大效率的耦合進(jìn)入所需的光通信器件。與光通信領(lǐng)域及激光加工領(lǐng)域不同，消費電子領(lǐng)域通常采用多片結(jié)構(gòu)組成微型準(zhǔn)直透鏡，我們將在后文對制造微型準(zhǔn)直透鏡的WLO（晶圓級光學(xué)制程工藝）進(jìn)行介紹。福晶科技已為JDSU（Lumentum）、Finisar等光通信企業(yè)供給通信級準(zhǔn)直鏡頭。
4、三種重要激光器光學(xué)元件分析之三：濾光片
近紅外識別系統(tǒng)中所用到的窄帶濾光片及超薄高性能鍍膜也是基于結(jié)構(gòu)光及TOF的3D攝像頭技術(shù)關(guān)鍵。3D攝像頭在接收反射光時要求只有特定波長的光線能夠穿過鏡頭，攔截頻率帶之外的光線，即隔離干擾光、通過信號光凸顯有用信息。
目前窄帶紅外濾光片領(lǐng)域主流廠商包括由JDSU分拆出的VIAVI，我國的水晶光電等等。Kinect一代體感設(shè)備所用的窄帶濾光片即為水晶光電所供應(yīng)，窄帶濾光片置于CMOS之前，僅有近紅外線能夠通過并給CMOS感光，以獲取景深數(shù)據(jù)。
窄帶濾光片的選取需要考慮多個光學(xué)指標(biāo)，包括帶寬、中心波長、截止波長、截止深度、峰值透過率、產(chǎn)品厚度等等。
5、一種重要的光學(xué)鏡頭封裝方式：WLO將大幅降低生產(chǎn)成本，提升效率和良率
工藝方面，晶圓級別光學(xué)制程（WLO）有望被大范圍運用至光學(xué)傳感器及微型光學(xué)器件（鏡頭、DOE等）生產(chǎn)。近年來高精度的紫外壓印光刻技術(shù)和紫外貼合技術(shù)為晶圓級別制程提供了技術(shù)基礎(chǔ)，晶圓級別制程的運用為大幅降低微型光學(xué)透鏡提供了可能，從而開始逐漸替代傳統(tǒng)的筒形攝像頭模組技術(shù)。
WLO首先利用紫外壓印光刻技術(shù)（UV imprint ）在晶圓級別生產(chǎn)微型透鏡，之后利用紫外貼合技術(shù)（UV bonding）將各層透鏡進(jìn)行堆疊。如果是生產(chǎn)光學(xué)傳感器的話，最后還要在晶圓級別上將透鏡部分和傳感器進(jìn)行集成和模組。
因此當(dāng)我們在談?wù)摼A級別光學(xué)制程時，實際上包括：透鏡制造、傳感器制造、傳感器封裝、透鏡堆疊、集成以及模組至少六項晶圓級別工藝。
基于紫外線的壓印、固化以及貼合技術(shù)是WLO關(guān)鍵技術(shù)，從光學(xué)元件制造過程來看：首先將涂覆液體聚合物的襯底和透明壓模（一般采用石英玻璃或PDMS）裝載進(jìn)對準(zhǔn)機(jī)，完成光學(xué)對準(zhǔn)后開始接觸，透過壓模的紫外曝光促使壓印區(qū)域的聚合物發(fā)生聚合和固化成型。固化后再進(jìn)行退模、刻蝕等工藝就可以得到微型光學(xué)元件，繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)的堆疊、集成等工藝。
與傳統(tǒng)光學(xué)制造工藝相比，晶圓級別光學(xué)制程主要具有以下優(yōu)點：
1、大幅降低成本（不過設(shè)備價格十分高昂）；
2、基于紫外壓印光刻和紫外貼合技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度光學(xué)元件制造和堆疊；
3、完美切合微型化光學(xué)元件和光電器件；
目前WLO領(lǐng)域Know-How主要掌握在四大廠商Heptagon、Aptina、Himax、Visera以及設(shè)備廠EV Group手中，其中我們預(yù)計Heptagon和Himax有望為大客戶新產(chǎn)品光學(xué)傳感器及微型光學(xué)元件提供WLO工藝。中國大陸掌握晶圓級封裝技術(shù)的廠商有晶方科技與華天科技。
6、激光器光學(xué)組件是激光發(fā)射處理的必須且重要環(huán)節(jié)
以上是針對目前了解到的IR VCSEL激光發(fā)射器的光學(xué)組件梳理，但必須強(qiáng)調(diào)的一點是，目前尚不排除仍然有其他光學(xué)組件集成于激光器組件中的可能性。因此，我們有必要對激光器光學(xué)組件做整體梳理。
光源之外，用于進(jìn)行光束整形（包括勻束、分束、耦合等）的精密光學(xué)元件正在成為消費電子光學(xué)重要一環(huán)！激光由激光器發(fā)射后通常需要多種光學(xué)元件來對光束實現(xiàn)準(zhǔn)直、勻束、分束等整形處理，有的時候還要根據(jù)特定情況采用Q開關(guān)、調(diào)諧部件等器件來產(chǎn)生光脈沖或是改變激光波長。我們在下圖將目前主要的光束處理光學(xué)元件列出，其中DOE和微透鏡陣列技術(shù)以及準(zhǔn)直器在最近幾年發(fā)展迅速，經(jīng)常配合半導(dǎo)體激光器進(jìn)行勻束、分束等整形過程。
我們以激光加工為例說明對光束整形的必要性：未經(jīng)處理的光束被概稱為高斯光束，通常表現(xiàn)為中心處光強(qiáng)最強(qiáng)，向邊緣方向光強(qiáng)逐漸減弱，呈高斯型分布。如果不進(jìn)行處理直接利用高斯光束進(jìn)行加工會有以下缺點：1、在進(jìn)行微加工時，高斯光束的大部分能量不能被有效利用；2、高斯光束加工時為了保證均勻性，光斑間要重疊，因此會降低加工效率。因此我們需要利用光學(xué)元件來對高斯光束進(jìn)行整形，將其轉(zhuǎn)換為平頂光束使能量分布均勻，從而大幅提高加工質(zhì)量，減小熱影響區(qū)域，提高加工效率。
在3D攝像技術(shù)以及激光投影等消費電子應(yīng)用領(lǐng)域，對激光器發(fā)出的光束進(jìn)行整形更加具有必要性。在激光投影技術(shù)中光束需要通過勻光、整形單元以滿足LCD、LCoS、DMD的均勻照明需求；在基于結(jié)構(gòu)光技術(shù)的3D攝像中也需要將光束進(jìn)行勻光、分束均勻地分布投射至周圍環(huán)境中，形成多個散斑來進(jìn)行捕捉、分析。同時若不進(jìn)行勻束地話光束中心能量過大還可能對人眼造成傷害。
再以泵浦為例，很多次激光器并非一次激光發(fā)射器，需要二次或多次激發(fā)；與激光的能耗要求、波形特點等等相關(guān)，在使用光泵浦的情況下，需要加入激光晶體作為工作物質(zhì)，實現(xiàn)功率的提升等要求的改善。
再以波長調(diào)控為例，激光器發(fā)出的波長在一定的范圍內(nèi)，但要實現(xiàn)特點工作要求的光波就必須使用相關(guān)的非線性晶體；進(jìn)一步，如果要發(fā)射脈沖波長的激光，將非線性晶體做成調(diào)Q開關(guān)實現(xiàn)脈沖控制。
由于種類繁多，結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，我們將再以后針對激光器的變革做單獨分析，可以明確的是，隨著激光器在消費級以及汽車等領(lǐng)域的爆發(fā)，激光器光學(xué)組件的用量與產(chǎn)品種類均將快速發(fā)展。目前，國內(nèi)在激光器光學(xué)組件做的最好的公司之一是福晶科技，并在激光器晶體與非線性晶體領(lǐng)域穩(wěn)居全球龍頭。
四、幾個對于VCSEL模組的思考
（一）Eye-Safe是激光消費應(yīng)用必須考慮的問題
1、為什么VCSEL要從850nm做成940nm？
從850nm（1代）與940nm（2代）VCSEL性能對比，我們發(fā)現(xiàn)，940nm在各方面都具備了壓倒性優(yōu)勢。為什么會產(chǎn)生如此大的改變，從而為消費級應(yīng)用鋪平道路呢？我們認(rèn)為最核心的原因在于芯片激光波長的選擇。
右下角是太陽輻射頻譜圖，我們發(fā)現(xiàn)，在傳統(tǒng)工業(yè)與通信領(lǐng)域使用成熟的850nm波長并不利于在自然界傳播，而在850nm附近的940nm波段中，存在環(huán)境含量最低的一個波谷。因此，由激光器所發(fā)射的940nm的波段在環(huán)境中數(shù)量很少，繼而發(fā)出的光受到的干擾很小，第2代比第1代的有效距離將會長很多，測量精度也會有較高提升。
2、940nm VCESL是否考慮了Eye-Safe？
940nm VCESL是否考慮了Eye-Safe？答案肯定是有的，如下圖940nm除了在自然界受影響最小的波段的特點以外，也是相鄰波長中對于眼鏡傷害最小的波段。
但我們通過原理分析發(fā)現(xiàn)，940nm并不是絕對安全的波段，且人眼結(jié)構(gòu)將導(dǎo)致此種影響指數(shù)級擴(kuò)大。激光對于人眼的傷害一般來說對比皮膚表面的傷害要更加顯著，一平行入射光進(jìn)人人眼之后，將聚焦于視網(wǎng)膜上的一小區(qū)域，由于通過水晶體的聚焦，將使光強(qiáng)度在單位面積上提升至10萬倍，即對于波長400nm-499nm的激光，若入射至4眼睛的強(qiáng)度為1m w／cm2，則視網(wǎng)膜卻接收到約100w／cm2的強(qiáng)度。同一介質(zhì)對于不同波段光源的吸收率并不相同，所造成的的傷害也不一樣，對于眼球照射的曝光量大于某個臨界值，不論哪個波段的光源，都將對眼球造成傷害。輻射波長在400nm以上到700nm的可見光波，會穿透眼睛的視網(wǎng)膜、水晶體和玻璃體，主要對眼睛的視網(wǎng)膜造成傷害；近紅外波段（780~1400nm）也會造成白內(nèi)障、視網(wǎng)膜損傷；但輻射波長在400nm以下以及1400nm以上的激光，幾乎都被晶體吸收了，所以不會造成眼球內(nèi)部的傷害。
注：1線表示不同波長由眼鏡穿透到視網(wǎng)膜的百分比；2表示波長在視網(wǎng)膜輻射吸收的百分比
如何解決激光人眼安全安全問題一定是后續(xù)我們關(guān)注的重點。目前獲得人眼安全激光的技術(shù)主要有Raman-shift laser技術(shù)、Er-doped glass laser技術(shù)和Optical Parametric Oscillators(OPO)技術(shù)。其中Raman-shift laser需要借助高壓氣體(CH4甲烷)才能實現(xiàn)，激光器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，可靠性差；Er-doped glass laser能夠直接實現(xiàn)人眼安全激光輸出，但Ev-doped glass是三能級激光系統(tǒng)，振蕩閾值高，抗激光損傷能力差，重復(fù)頻率和激光能量較低。而OPO技術(shù)是目前最廣泛使用的獲取該波段的技術(shù)手段，只需在激光諧振腔中插入一塊非線性晶體，其結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、可靠性高，非常適合應(yīng)用于小型化的固體激光器。
與其它方法相比，OPO技術(shù)更具有以下優(yōu)勢：
l 全固態(tài)激光器泵浦技術(shù)成熟、效率高，OPO信號光波長可做到精確調(diào)節(jié)；
l 容易獲得高光束質(zhì)量的激光輸出，可滿足激光光電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)率和作用距離日益增長的需求；
l 有廣泛可用的非線性晶體材料；
l 閾值功率密度比Raman-shift laser低，熱效應(yīng)比Er-doped glass laser弱；
l OPO技術(shù)亦可以獲得1064nm／1570nm雙波長的激光，對特殊場合應(yīng)用有重大意義。
目前，福晶科技全資子公司青島海泰光電已掌握Eye-Safe OPO技術(shù)，同時他是國內(nèi)最大的該類非線性晶體KTP供應(yīng)商。
（二）VCSEL會否在結(jié)構(gòu)上優(yōu)化，達(dá)到更低功耗、更高效率的要求
1、一種明確的優(yōu)化——單模光子晶體
單模光子晶體VCSEL技術(shù)發(fā)展是VCSEL器件由光通信領(lǐng)域向3D sensing應(yīng)用演進(jìn)的一大驅(qū)動力。普通VCSEL具有多橫模激射以及偏振方向不穩(wěn)定等缺點，因此要想使VCSEL能夠在傳感器領(lǐng)域使用，就需要改善 VCSEL的橫向模式、實現(xiàn)激光器基橫模工作。
光子晶體VCSEL是指在其上DBR中引入了二維光子晶體組成的周期性空氣孔結(jié)構(gòu)的VCSEL。這一結(jié)構(gòu)能夠有效的控制垂直腔面發(fā)射激光器的模式，使器件工作在基橫模狀態(tài)，從而獲得更小的遠(yuǎn)場發(fā)散角、更均勻的光強(qiáng)分布、更窄的光譜線寬。
2、會否有其他優(yōu)化？
我們覺得優(yōu)化的趨勢將一直存在，將會集中表現(xiàn)在效率提升 、成本下降等方面。
我們做個思考，在上面的討論中提到VCSEL激光器是一種非常好的二次泵浦光源，意味著我們只需要加入一定的工作物質(zhì)/晶體就能形成一個二次光泵浦結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)效率的快速提升；其中Nd：YOV4是性能最為優(yōu)異的激光晶體（激光工作物質(zhì)）。它的直接好處就是在同樣性能的情況下，實現(xiàn)功率的下降-即省電。
此種推測我們尚不能得到確認(rèn)，是一種可能性的升級思考。
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