我是给政府做画册类设计的，要订阅全球设计比较好的杂志，请各位帮忙推荐下，要排版大气，简介有时代感。

PD:partial discharge 局部放电　

PD 英文全名：Police Department 中文名：警察局、警察署 美国州市警察使用的缩写，例如华盛顿警察局DCPD、纽约警察局NYPD都是缩写。在警车、警用飞机、警艇、警员的帽徽上可以看到（各州、市管理不一致，也可能在衣服扣子或者臂章上）。

PD－－－对于WEB产品设计人员而言，它的意思是“产品设计人员”，即product designer。 相信习惯于互联网搜索引擎及百度词条的用户更想得到的是这个答案。

P/D --- 在纺织面料染色中，即 PIECE DYEING，匹染的意思。

PD：在IT企业中，一般是Product Director(产品主管)或Project Director(项目主管)的意思，比Project Manager(项目经理)级别要大

PD：在临床上，一般指疾病进展（Progressive Disease）。

PD：在QQ音速中，所做的每一个动作都有一个判定（即PD）。判定是根据游戏屏幕中间的节奏点/条来说的，做动作在左右两节奏点/条刚刚接触的那一霎那是最佳时期，此时判断为99%（没有100%）。若游戏中每一个动作判定都大于50%，直到游戏结束。

PD：光电二极管，photodiode. 通常指以光导模式工作的结型光伏探测器，应用于微弱、快速光信号探测方面。有众多种类，例如Si光电二极管、PIN Si光电二极管、雪崩光电二极管（APD)、肖特基势垒光电二极管、HgCdTe光伏二极管、光子牵引探测器、光电三极管等。

PD：单片机中电源控制寄存器PCON的掉电方式位。此位写1即启动掉电方式，此时时钟冻结。 PD；是Program Director 缩写，在韩国节目中指的是就是电视台节目总监、监制之类

PD 违约概率（probability of default）违约概率是指借款人在未来一定时期内发生违约的可能性。

PD还是Public Domain的缩写，即公有领域。是指权利不为个人专有，而由社会成员自由利用的法律状态。

PDl螺纹里面的中径 包括两层含义： 1，公有领域是相对于权利人专有权所控制的领域而言的，处于公有领域中的权利部分不受权利人的支配，社会成员得自由地、无偿地使用； 2，公有领域是相对于法律规定的特定的使用方式而言的，即在公有领域之中的权利，作者依法享有的专有使用方式失去了作用力。至于那些非法律明文赋予权利人的使用方式，则他人本来就可以采用而不受干涉。

PD；是PowerDVD的缩写，台湾讯连科技所开发的高品质的影音光碟播放程序，能让您的多媒体个人电脑具备播放高品质电影或进行卡拉OK欢唱的功能。能提供高解析度的 MPEG-2 视讯及细腻的 AC-3 环绕音效与Video CD的播放功能，也具有影像截取的功能，软件支持多国语言、包括中文。

PD光电二极管（Photo-Diode）与普通二极管一样，也是由一个PN结组成的半导体器件，也具有单方向导电特性。不同在于，普通二极管在反向电压作用下处于截止状态，只能流过微弱的反向电流。光电二极管则是在反向电压作用下工作的，光电二极管在电路中不是被用作整流元件，而是通过它把光信号转换成电信号。光电二极管在设计和制作时应尽量使PN结的面积相对较大，以便接收入射光。没有光照时，反向电流极其微弱，称为暗电流；有光照时，反向电流迅速增大到几十微安，称为光电流。光的强度越大，反向电流也越大。光的变化引起光电二极管电流变化，这就可以把光信号转换成电信号，成为光电传感器件。

英文全称:

SFP:Small Form-factor Pluggabletransceiver ，小封装可插拔收发器

GBIC：GigaBit Interface Converter，千兆以太网接口转换器

XFP: 10-Gigabit small Form-factorPluggable transceiver 万兆以太网接口

XENPAK: 10 Gigabit EtherNet TransceiverPAcKage万兆以太网接口收发器集合封装

光纤连接器

光纤连接器由光纤和光纤两端的插头组成，插头由插针和外围的锁紧结构组成。根据不同的锁紧机制，光纤连接器可以分为FC型、SC型、LC型、ST型和KTRJ型。

FC连接器采用螺纹锁紧机构，是发明较早、使用最多的一种光纤活动连接器。

SC是一种矩形的接头，由NTT研制，不用螺纹连接，可直接插拔，与FC连接器相比具有操作空间小，使用方便。低端以太网产品非常常见。

LC是由LUCENT开发的一种Mini型的SC连接器，具有更小的体积，已广泛在系统中使用，是今后光纤活动连接器发展的一个方向。低端以太网产品非常常见。

ST连接器是由AT&T公司开发的，用卡口式锁紧机构，主要参数指标与FC和SC连接器相当，但在公司应用并不普遍，通常都用在多模器件连接，与其它厂家设备对接时使用较多。

KTRJ的插针是塑料的，通过钢针定位，随着插拔次数的增加，各配合面会发生磨损，长期稳定性不如陶瓷插针连接器。

光纤知识

光纤是传输光波的导体。光纤从光传输的模式来分可分为单模光纤和多模光纤。

在单模光纤中光传输只有一种基模模式，也就是说光线只沿光纤的内芯进行传输。由于完全避免了模式射散使得单模光纤的传输频带很宽因而适用于高速，长距离的光纤通讯。

在多模光纤中光传输有多个模式，由于色散或像差，这种光纤的传输性能较差，频带窄，传输速率较小，距离较短。

光纤的特性参数

光纤的结构预制的石英光纤棒拉制而成，通信用的多模光纤和单模光纤的外径都为125μm。

纤体分为两个区域：纤芯(Core)和包层(Cladding layer)。单模光纤纤芯直径为8~10μm，多模光纤纤芯径有两种标准规格，芯径分别为62.5μm（美国标准）和50μm（欧洲标准）。

接口光纤规格有这样的描述：62.5μm/125μm多模光纤，其中62.5μm就是指光纤的芯径，125μm就是指光纤的外径。

单模光纤使用的光波长为1310nm或1550 nm。

多模光纤使用的光波长多为850 nm。

从颜色上可以区分单模光纤和多模光纤。单模光纤外体为黄色，多模光纤外体为橘红色。

千兆光口自协商

千兆光口可以工作在强制和自协商两种模式。802.3规范中千兆光口只支持1000M速率，支持全双工（Full）和半双工（Half）两种双工模式。

自协商和强制最根本的区别就是两者在建立物理链路时发送的码流不同，自协商模式发送的是/C/码，也就是配置（Configuration）码流，而强制模式发送的是/I/码，也就是idle码流。

千兆光口自协商过程：

1.两端都设置为自协商模式

双方互相发送/C/码流，如果连续接收到3个相同的/C/码且接收到的码流和本端工作方式相匹配，则返回给对方一个带有Ack应答的/C/码，对端接收到Ack信息后，认为两者可以互通，设置端口为UP状态

2.一端设置为自协商，一端设置为强制

自协商端发送/C/码流，强制端发送/I/码流，强制端无法给对端提供本端的协商信息，也无法给对端返回Ack应答，故自协商端DOWN。但是强制端本身可以识别/C/码，认为对端是与自己相匹配的端口，所以直接设置本端端口为UP状态

3.两端均设置为强制模式

双方互相发送/I/码流，一端接收到/I/码流后，认为对端是与自己相匹配的端口，直接设置本端端口为UP状态

光纤是如何工作的？

通讯用光纤由外覆塑料保护层的细如毛发的玻璃丝组成。玻璃丝实质上由两部分组成：核心直径为9到62.5μm，外覆直径为125μm的低折射率的玻璃材料。

虽然按所用的材料及不同的尺寸而分还有一些其它种类的光纤，但这里提到的是最常见的那几种。光在光纤的芯层部分以“全内反射”方式进行传输，也就是指光线进入光纤的一端后，在芯层和包层界面之间来回反射，进而传输到光纤另一端。芯径为62.5μm，包层外径为125μm的光纤称为62.5/125μm 光

多模和单模光纤的区别？

多模：

可以传播数百到上千个模式的光纤，称为多模（MM）光纤。根据折射率在纤芯和包层的径向分布情况，又可分为阶跃多模光纤和渐变多模光纤。几乎所有的多模光纤尺寸均为50/125μm或62.5/125μm，并且带宽（光纤的信息传输量）通常为200MHz到2GHz。多模光端机通过多模光纤可进行长达5公里的传输。以发光二极管或激光器为光源。

单模：

只能传播一个模式的光纤称为单模光纤。标准单模（SM）光纤折射率分布和阶跃型光纤相似，只是纤芯直径比多模光纤小得多。

单模光纤的尺寸为9-10/125μm，并且较之多模光纤具有无限量带宽和更低损耗的特性。而单模光端机多用于长距离传输，有时可达到150至200公里。采用LD或光谱线较窄的LED作为光源。

区别与联系：

单模设备通常既可在单模光纤上运行，亦可在多模光纤上运行，而多模设备只限于在多模光纤上运行。

使用光缆时传输损耗如何？

这取决于传输光的波长以及所使用光纤的种类。

850nm波长用于多模光纤时: 3.0分贝/公里

1310nm波长用于多模光纤时: 1.0分贝/公里

1310nm波长用于单模光纤时: 0.4分贝/公里

1550nm波长用于单模光纤时: 0.2分贝/公里

何为GBIC？

GBIC是Giga Bitrate Interface Converter的缩写，是将千兆位电信号转换为光信号的接口器件。GBIC设计上可以为热插拔使用。GBIC是一种符合国际标准的可互换产品。采用 GBIC接口设计的千兆位交换机由于互换灵活，在市场上占有较大的市场份额。

何为SFP？

SFP是SMALL FORM PLUGGABLE的缩写，可以简单的理解为GBIC的升级版本。SFP模块体积比GBIC模块减少一半，可以在相同的面板上配置多出一倍以上的端口数量。SFP模块的其他功能基本和GBIC一致。有些交换机厂商称SFP模块为小型化GBIC（MINI-GBIC）。

未来的光模块必须支持热插拔，即无需切断电源，模块即可以与设备连接或断开，由于光模块是热插拔式的，网络管理人员无需关闭网络就可升级和扩展系统，对在线用户不会造成什么影响。热插拔性也简化了总的维护工作，并使得最终用户能够更好地管理他们的收发模块。

同时，由于这种热交换性能，该模块可使网络管理人员能够根据网络升级要求，对收发成本、链路距离以及所有的网络拓扑进行总体规划，而无需对系统板进行全部替换。支持这热插拔的光模块目前有GBIC和SFP，由于SFP与SFF的外型大小差不多，它可以直接插在电路板上，在封装上较省空间与时间，且应用面相当广，因此，其未来发展很值得期待，甚至有可能威胁到SFF的市场。

何为SFF？

SFF（Small Form Factor）小封装光模块采用了先进的精密光学及电路集成工艺，尺寸只有普通双工SC（1X9）型光纤收发模块的一半，在同样空间可以增加一倍的光端口数，可以增加线路端口密度，降低每端口的系统成本。又由于SFF小封装模块采用了与铜线网络类似的KT-RJ接口，大小与常见的电脑网络铜线接口相同，有利于现有以铜缆为主的网络设备过渡到更高速率的光纤网络以满足网络带宽需求的急剧增长。

网络连接设备接口类型

BNC接口

BNC接口是指同轴电缆接口，BNC接口用于75欧同轴电缆连接用，提供收（RX）、发（TX）两个通道，它用于非平衡信号的连接。

光纤接口

光纤接口是用来连接光纤线缆的物理接口。通常有SC、ST、LC、FC等几种类型。对于10Base-F连接来说，连接器通常是ST类型，另一端FC连的是光纤步线架。FC是FerruleConnector的缩写，其外部加强方式是采用金属套，紧固方式为螺丝扣。ST接口通常用于10Base-F，SC接口通常用于100Base-FX和GBIC，LC通常用于SFP 。

RJ-45接口

RJ-45接口是以太

网最为常用的接口，RJ-45是一个常用名称，指的是由IEC（60）603-7标准化，使用由国际性的接插件标准定义的8个位置（8针）的模块化插孔或者插头。

RS-232接口

RS-232-C接口（又称 EIA RS-232-C）是目前最常用的一种串行通讯接口。它是在1970年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统、 调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。它的全名是“数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标准”。该标准规定采用一个25个脚的DB25连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。

RJ-11接口

RJ-11接口就是我们平时所说的电话线接口。RJ-11是用于西部电子公司（Western Electric）开发的接插件的通用名称。其外形定义为6针的连接器件。原名为WExW，这里的x表示“活性”，触点或者打线针。例如， WE6W 有全部6个触点，编号1到6, WE4W 界面只使用4针，最外面的两个触点(1和6) 不用，WE2W 只使用中间两针（即电话线接口用）。

CWDM 与 DWDM

随着Internet的IP数据业务高速增长，造成对传输线路带宽的需求不断加大。虽然DWDM（密集波分复用）技术作为最有效的解决线路带宽扩容的方法，但是CWDM (粗波分复用) 技术比DWDM在系统成本、可维护性等方面具有优势。

CWDM与DWDM皆属于波分复用技术，都可以将不同波长的光偶合到单芯光纤中去，一起传输。

CWDM的ITU最新标准为G.695，规定了从1271nm到1611nm之间间隔为20nm的18个波长通道，考虑到普通G.652光纤的水峰影响，一般使用16个通道。因为通道间隔大所以，合分波器件以及激光器都比DWDM器件便宜。

DWDM的通道间隔根据需要有0.4nm,0.8nm,1.6nm等不同间隔,间隔较小、需要额外的波长控制器件，所以基于DWDM技术的设备较之基于CWDM技术的设备价格高。

PIN光电二极管是在掺杂浓度很高的P型、N型半导体之间，加一层轻掺杂的N型材料，称为I（Intrinsic，本征的）层。由于是轻掺杂，电子浓度很低，经扩散后形成一个很宽的耗尽层，这样可以提高其响应速度和转换效率。

APD雪崩光电二极管，它不但具有光/电转换作用，而且具有内部放大作用，其放大作用是靠管子内部的雪崩倍增效应完成的。

APD是有增益的光电二极管，在光接收机灵敏度要求较高的场合，采用APD有利于延长系统的传输距离。

本篇行业深度主要研究 Flash 激光雷达。一方面，虽然目前获得车厂前装定点比较多 的激光雷达方案以半固态中的 MEMS 和转镜/棱镜方案为主，但是由于 Flash 激光雷达是 真正意义上的纯固态激光雷达，未来技术成熟之后在规模化、成本、可靠性上都相较于目 前最主流的半固态激光雷达有明显优势，是激光雷达远期最主流的技术形态，所以除了既 有的 Ibeo、、Ouster、大陆集团等 Flash 技术阵营的公司，目前半固态激光雷达阵营的厂 商速腾、禾赛、华为等明星激光雷达厂商都在加大在 Flash 路线上的研究和投入。另一方 面，近期已（拟）上市的多家 A 股公司长光华芯、炬光科技、奥比中光其汽车业务均和 Flash 激光雷达技术路线有紧密关联，因此我们本篇深度着重选择 Flash 激光雷达进行深入研究。

Flash 激光雷达从原理上来讲类似于摄像头，不同点在于 Flash 激光雷达接收其发射 的主动光，而摄像头是接收环境反射的被动光，所以前者多了一个发射模块。Flash 激光雷 达在短时间直接发射出一大片覆盖探测区域的激光，再以高度灵敏的接收器，来完成对环 境周围图像的绘制。而半固态和固态激光雷达发射模块发射出来的激光是线状的，需要通 过扫描部件往复运动把线变成面打在需要探测的物体表面。由于 Flash 激光雷达没有任何 扫描部件，所以相比于机械旋转和半固态激光雷达非常容易过车规。

大陆集团已经推出两代短距固态 Flash 激光雷达：短距激光雷达 SRL121（探测距离 1-10 米）、固态短距激光雷达 HFL110（50 米以内）。HFL-110 客户主要是丰田，搭载 至新款 Mirai 和雷克萨斯新款 LS500 系列车型中，用作侧向补盲激光雷达，单价大约 5000-8000 元人民币，已经在 2020 年量产。（备注：大陆集团的 Flash 激光雷达技术主 要源于大陆集团在 2016 年收购的 Flash 激光雷达公司 Advanced Scientific Concepts） 德国 Ibeo 公司推出了 Flash 激光雷达 ibeoNEXT：采用了 AMS 的 VCSEL，最先将 在长城 WEY 摩卡上量产（原计划 2021 年量产，目前预计推迟至 2022 年）。采埃孚收购 了 Ibeo 大约 40%股权，Ibeo 激光雷达的生产制造由采埃孚承担。

美国 Ouster 公司推出的 DF 系列激光雷达即 Flash 激光雷达：DF 系列一共有短、中、 远三个类型，2022Q1 已经把第一批 DF 系列 A 样发给车厂，并计划向另外 30 多家 OEM 和 1 家 Tier1 送出升级版 A 样，最快预计 2025 年量产。Ouster 预计其推出的 DF 系列可 以在车上安装 5 个（1 个前向 Flash 激光雷达+4 个侧向激光雷达），5 个激光雷达总价可 控制在 1000 美元以内。

和其他 Flash 激光雷达厂商不同的是 Ouster 还自研了 SPAD 芯片：2022 年 3 月 Ouster 发布了 Chronos 芯片，计划在 2022 年底完成 Chronos 芯片流片，并在 2023 年 将该芯片集成到 DF 系列首批样品中。

2．问题一：怎样才算是性能优异的 Flash 激光雷达？

对于用于前向远距离探测的激光雷达，如果能够同时实现“看得远”、“看得清”、 “看得广”即为性能优异。“看得远”指探测距离远，探测距离至少达到 150m@10%反 射率，最好能够探测到 250 米处的目标物体。“看得清”一方面指角分辨率低，即要求能够看清楚 150~200 米范围内的行人、车辆等其他尺寸较小的障碍物；另一方面指帧率高， 即能够在 1 秒内获取张数尽可能多的点云图像。“看得广”指视场角 FOV 足够大，以拿到前装定点项目最多的速腾聚创 M1 为例， 其水平 FOV 为 120°，垂直 FOV 为 25°，可以推测能够作为乘用车前装前雷达的激光雷达 FOV 也应该满足上述水平。

看得远——探测距离：Flash 激光雷达的探测距离主要受 VCSEL 激光发射功率、SPAD 最小可探测功率、激光发散角三个因素影响。

（1）激光发射功率越高，探测距离越远；激光发射功率的提高主要取决于激光芯片的 光功率密度。若发射功率提高 1 倍，则激光雷达探测距离将提升 19%。而激光芯片的发射 功率是“激光芯片功率密度”和“发光面积”两者的乘积，发光面积由于激光雷达体积、 激光芯片技术、成本、光学系统设计难易程度四个方面原因的制约，提升空间有限；所以 激光芯片的光功率密度成为提高激光发射功率从而提升激光雷达探测距离的关键指标。

（2）光电探测器最小可探测功率越小，探测距离越远；最小可探测功率取决于 PDE 和暗计数。若 PDE 提高 1 倍，即最小可探测功率减小 50%，则激光雷达探测距离将提升 19%。光电探测器的基本功能是把入射光功率转化为相应的光电流。最小可探测功率表示 APD、SPAD、SiPM 等光电探测器所能探测到的最小入射光功率，入射光功率低于这个值 则将被噪声淹没无法被探测器探测到；NEP 代表在信噪比为 1 时所需要的最小输入光信号 功率，所以 NEP 代表了最小可探测功率。

（3）激光发散角越小，探测距离越远；激光发散角取决于发射光学系统的准直性能。 若发散角减小 50%，则激光雷达探测距离将提升 41%。不论 VCSEL 还是 EEL，激光从激 光芯片发射出来都存在一定的发散角θ，发散角直接影响了激光发射到目标物体表面的光斑 面积（=π*（R*tanθ）2）从而影响了激光打在目标物体上的光功率密度，最终影响从目标 物体表面反射回探测器表面的入射光功率。激光雷达的发射光学系统中一般有准直镜和扩 束镜，能够减小激光的发散角。但是即使光学系统的准直性能再好，激光光束也不可能完 全准直到 0，始终存在一定的发散角，不可能完全是平行光，光学系统只可能尽可能减小发 散角。VCSEL 的远场发散角一般为 25°，如果不进行准直，传播到 100 米处时光斑的半径 就会变成 47 米，由此可见通过准直减小光束发散角的重要性。

看得广——视场角：Flash 激光雷达的视场角 FOV 主要取决于焦距和 SPAD 尺寸， 原理可类比于摄像头，摄像头的视场角主要取决于焦距和 CMOS 尺寸。Flash 激光雷达成 像原理和摄像头非常相似，在接收视场角的影响因素上也可以借助摄像头类比来帮助理解： 对于摄像头，焦距越长（由聚焦透镜进行调节），图像传感器 CMOS 尺寸半径拥有的像素 数越低，视场角 FOV 越小；对于 Flash 激光雷达，焦距越长，光电探测器 SPAD 尺寸半径 所拥有的像素数越低，FOV 越小。

看得清——角分辨率和帧率：Flash 激光雷达的角分辨率由视场角和像素数决定，角 分辨率越低越好，因此可以通过缩小视场角和提高 SPAD 像素数量两种方式缩小角分辨率。 （1）角分辨率：激光雷达输出的图像也被称为“点云”图像，相邻两个点之间的夹角就是 角分辨率。Flash 激光雷达的角分辨率=视场角/像素数量。角分辨率的数值越小越好，因此为了减少数值提升角分辨率能力，需要减小视场角，增加探测器阵列的像素数量。（2）帧 率：一幅点云图像代表一帧，对于机械旋转/半固态激光雷达，帧率即代表一秒钟内激光雷 达电机旋转的圈数，也就是每秒钟完成一圈扫描的次数；对于 Flash 激光雷达，帧率代表 每秒激光雷达获取前方点云图像的次数，所以帧率可以理解为激光雷达在时间维度上的分 辨率，帧率越高，实时性越强。

但是在设计 Flash 激光雷达视场角大小的时候更多是由“看得清”即“角分辨率”所 决定的，角分辨率决定了 Flash 激光雷达的有效探测距离，如果要看清楚 200 米处的小狗、 车辆、行人，则垂直角分辨率应该低于 0.1°/像素。激光雷达能测出远方某个物体要解决两 个方面的问题——先“覆盖到”，后“探测到”。角分辨率解决的是“覆盖到”的问题， 一个物体先要被发射的激光“覆盖到”，然后才能探讨是不是能被“探测到”，探测到也 就是“看得远”那一段文字所论述的问题。

上述配置说明：目前 Flash 激光雷达无法同时满足上述“看得远”、“看得清”、“看 得广”3 个性能，作为前雷达还需要上游关键电子元器件性能成熟。其中，Flash 激光雷达 最关键的两大电子元器件是 VCSEL 激光芯片和 SPAD 光电探测器——以下篇幅，我们将对 VCSEL 和 SPAD 这两大关键元器件所需突破的瓶颈进行详细分析。

3．问题二：发射端为什么要用 VCSEL？

机械旋转和 MEMS 激光雷达选择 EEL 更适合，原因在于：EEL 光功率密度更大，能探 测更远的距离；相较之下 VCSEL 用在机械旋转和半固态等激光雷达有一个最大的问题是光 学设计会复杂很多以及光功率密度比较低。（1）机械旋转激光雷达：多线激光雷达都需要 把激光准直到比较小的发散角度（比如 0.1~0.2°），但是 VCSEL 这么大的发光面积比较难 实现。（2）MEMS 激光雷达：EEL 占主导优势是因为 MEMS 激光雷达本身体积就不大， MEMS 振镜直径大约 1-2mm，想用 VCSEL 这么大的发光面积（一颗 250μm*250μm， 有点光源和线光源两种形式），把光线准直到这么小的 MEMS 面积上面（大约 1-4mm2）， 整个光学系统会比较难实现。而 EEL 整个发光面积比较小（一颗 200μm*10μm），更容 易准直。 Flash 激光雷达更适合用 VCSEL 主要原因在于：VCSEL 相较于 EEL 具备更大的发光面 积，FOV 可以做得比较大；如果把 EEL 用在 Flash 上则光学设计会很复杂，需要好的光学 设计去扩散 EEL 发出来的光。

EEL 和 VCSEL 特性主要区别在于光功率密度&发光面积、温漂、光束质量上有明显差 异：

（1）光功率密度&发光面积（EEL 明显好于 VCSEL）：光功率密度表示单位时间内， 激光辐照在单位面积靶材上的能量大小。EEL 的光功率密度一般是 60000W/mm2，而现在 功率密度最高的五结 VCSEL 大约 1000W/mm2（全球 VCSEL 头部厂商 Lumentum 发布 的五/六层结 VCSEL 最高功率密度能达到 1400W/mm2，国内 VCSEL 芯片头部厂商长光华 芯目前 5 层结 VCSEL 芯片光功率密度最高能达到 1200 W/mm2）。造成上述差异主要在 于 VCSEL 的发光面积远大于 EEL，由于 VCSEL 是面发光，VCSEL 芯片本身是由几十个甚 至上百个发光点所组成的发光面，一般考虑通过增加发光面积（增加发光点或者增加单孔 发光孔径）来提升光功率；但是 EEL 谐振腔平行于衬底，因此只要激光器越长，那么单孔 功率就越大。从 Lumentum、长光华芯和欧司朗公布的数据中可以看出， VCSEL 发光面 积（250μm*250μm）远大于 EEL 发光面积（220μm*10μm）。

（2）温漂（VCSEL 好于 EEL）：温漂指波长随温度变化而漂移，由于车规工作温度 范围是在-40~+105℃之间，范围很大，因此温漂越低越好从而保证工作波长的稳定性。 VCSEL 的温漂性能要比 EEL 好很多，VCSEL 只有 0.07nm/℃，而 EEL 是 0.3nm/℃。

（3）光束质量（EEL 慢轴好于 VCSEL）：EEL 是椭圆形光斑，长的对称线是快轴和短 的对称线是慢轴，EEL 光束的慢轴远场发散角只有 10°，光束质量很高；而 VCSEL 是堆成 的圆形光斑，光束远场发散角大约 20°，准直系统设计相对 EEL 会更困难一些。

VCSEL相比于 EEL最大的劣势在于发光面积太大从而导致功率密度仅为 EEL 的1/60， 因此 VCSEL 光功率密度的缺陷成为 Flash 激光雷达探测距离提升的主要瓶颈，解决这一问 题的关键在于提升 VCSEL 芯片的 PN 结。以下是详细分析：

提高 VCSEL 的输出功率主要有两种方式： 1、增大 VCSEL 芯片的有效发光面积，具体有两种途径：（1）增加 VCSEL 单元的发 光点数：但是发光点数不能无限制增加，当点数达到一定程度时需要较大的输入电流，但 是 VCSEL 芯片散热性较差是阻碍其通过这种方式实现光功率的增长。（2）增大单个 VCSEL 单元的发光孔孔径：这种方式也存在一定上限，因为受限于载流分布损耗和模态特性的制 约，所以 VCSEL 单元的发光孔孔径不能过大。 2、调整 VCSEL 芯片中各 VCSEL 单元的结构（从单层结往多层结发展）：将单 PN 结 的VCSEL 单元调整为多PN 结的VCSEL 单元。单结VCSEL 的单孔出光功率一般是5-10mW； 五结和六结 905 nm VCSEL 的单孔输出光功率超过 2W（以 Lumentum 在 2021 年 3 月发 布的五结 VCSEL 阵列为例），实验结果表明，五结 VCSEL 在 105℃时峰值功率密度>2 kW/mm。（报告来源：未来智库）

4．问题三：为什么 Flash 激光雷达要用 SPAD？

激光雷达厂商在选择光电探测器时，有三种选择：APD（雪崩二极管）、SPAD（单 光子雪崩二极管）和 SiPM（硅光电倍增管）。

（1）为什么 APD 不行？——APD 最大的问题在于增益不够，典型增益是 100 倍； 而 SPAD 的光电增益在 106 以上，可以提高光电探测器的信噪比，十分灵敏。

一方面，Flash 激光雷达由于 VCSEL 光功率密度偏低，而且泛光成像光子在整个视场 角内扩散从而导致回波的功率密度低，因此需要信噪比更高的探测器，所以 APD 不适合，增益更高的 SPAD 更适合。另一方面，正因为 APD 内部光电增益较小（APD 增益只有 100 倍，SPAD 增益有 10 6），所以需要增加外侧反向偏侧电压，要达到 500-1000 伏，需要增 加高压供压系统，这样会使得整个激光雷达系统设计变得非常复杂。

（2）SiPM 和 SPAD 怎么选？SiPM 是由多个带有猝灭电阻的 SPAD 并联组成。SPAD 和 SiPM 主要有两个区别：

像素数：SPAD>SiPM。SPAD 单点就是 1 个像素，但是 SiPM 单点像素是由多 个和 SPAD 单个像素尺寸大小相当的微元组成同时输出信号（因为 SiPM 单点是 由多个 SPAD 并联组成），所以 SiPM 的单点尺寸要明显大于 SPAD。SiPM 的成像分辨率是由 SiPM 单点的数目决定而不是微元的数目决定，因为 SiPM 单点数 远小于 SPAD 的像素数，因此使用 SiPM 会在一定程度上牺牲角分辨率。

时间分辨率：SiPM>SPAD。SPAD 只能输出电平信号也就是“0”“1”，不能 反映信号强度，所以在提取信号的时候需要结合时间和空间两个维度的信息来确 认真实信号。但是 SiPM 是将多个并联的探测器收到的信号进行叠加，可以直接 反映信号强度，可以设置阈值直接提取出真实信号，而不用进行比对。因此 SiPM 提取真实信号的耗时更短，即时间分辨率更高。

综上，如果更注重激光雷达的角分辨率，那么选择 SPAD 更好；如果更加关注激光雷 达的帧率和信号提取速度，那么选择 SiPM 更好。由于 Flash 激光雷达角分辨率主要受限 于像素数量，因此单位面积能够达到很多像素数量的 SPAD 是更优于 SiPM 的选择。

现在商用的专用于激光雷达的 SPAD像素数从2013年到现在像素数量在快速增长（每 3 年翻 10 倍）；但 SiPM 像素数仍然比 SPAD 要低很多。（1）APD 市场份额：德国 First-sensor（被 TE 收购）和日本滨松光子是 APD 市场份额最大的两家厂商，2018 年分 别占据约 21.86%和 21.95%市场份额。（2）SPAD 市场份额：主要是索尼、佳能。SensL （被安森美收购）推出其首款 SPAD 阵列 Padion1（拥有 400×100 像素点）后，其主要 精力放在 SiPM 上，SPAD 无进一步商业进展。国内开发 SPAD 的厂商有阜时科技、宇称 电子、飞芯电子、灵明光子、芯视界、奥比中光，其中阜时科技在 2022 年 1 月宣布已经 获得头部车载激光雷达大厂订单，并计划于 2022 年开始交付；飞芯电子研发的 SPAD 芯 片根据官网披露的少量信息可以推算出其像素数大约 2 万；其他国产产商无 SPAD 产品性 能公开数据。（3）SiPM 市场份额：安森美是全球首家推出车规级 SiPM 阵列的厂商，于2021 年 3 月发布 1×12 阵列 ArrayRDM-0112A20-QFN；另外滨松光子也发布了两款用 于激光雷达的 SiPM 产品 S13720 系列和 S15639 系列。但是安森美 SiPM 阵列 PDE 明显 优于滨松，但是滨松光学串扰性能优于安森美。

5．问题四：Flash 激光雷达的光学系统有什么变化？

Flash 激光雷达的光学系统主要分为发射光学系统和接收光学系统，相比于半固态和机 械旋转激光雷达没有扫描光学元件。 发射光学系统主要作用是对激光发射模组发射出来的激光进行准直和整形，使得激光 光束发散角减小且符合使用要求的形状；发射光学系统所达到的效果一般用准直后光束发 散角、光斑直径、能量透过率等关键参数衡量。 接收光学系统主要作用是尽量收集反射后的光能量，并将其汇聚到探测器的光敏面上， 以提高探测距离；接收光学系统所达到的效果一般用系统孔径、焦距、入射聚焦光斑直径、 系统透过率等指标衡量。

Flash 激光雷达发射光学系统相比于其他种类激光雷达，对发射视场角和光的均匀度有 比较高的要求，但是不需要“准直”减小发散角；但是机械旋转和半固态激光雷达要求尽 可能准直光束。因为 Flash 激光雷达要求发射出去的激光光束尽可能均匀地在整个视场角 内扩散，因此不需要准直单元；而半固态和机械旋转激光雷达，因为要求准直到 0.1°-0.2° 比较小的发散角，因此发射光学系统中往往必须经过准直镜来减小发散角。半固态和机械 旋转激光雷达一般用 EEL 作为发射光源，EEL 有快轴和慢轴，所以需要有快轴准直镜和慢 轴准直镜分别准直；除了要将光束准直，对于基于 EEL 的线光源，还需要加一个可产生典 型值是 25°的垂直发散角的线光斑光场匀化器，达到很高的光斑均匀性。如果要将 VCSEL 用于半固态激光雷达，想要 VCSEL 准直效果要好的话需要用微透镜阵列，不追求特别好的 效果可以用单透镜。Flash 激光雷达要求光束尽可能均匀，因此需要增加光束扩散器（控制 发射视场角+使光变均匀），光场匀化器主要起到匀化效果，由于已经有光束扩散器，因此 光场匀化器视扩散后效果而定是非必选项。

Flash 激光雷达接收光学系统相比于其他种类激光雷达需要具备“大相对孔径”和“照 度均匀”的特点，但是三种类型激光雷达所用光学元器件没有太大差异。接收光学系统的 “接收镜头组”由多个球面和非球面透镜组成，多个透镜会依次改变光束的视场角直至达 到设计的 HFOV 和 VFOV；除此之外，还包括聚焦镜（会聚反射的激光信号）、滤光片（过 滤所需要的特定波长的光线）。

6．问题五：Flash 激光雷达什么时候能够普及？

从上述内容中可以总结得到，目前制约 Flash 激光雷达无法作为前向主激光雷达的技 术瓶颈在于 VCSEL 和 SPAD 上游元器件尚未成熟：

VCSEL 光功率密度不够，制约了 Flash 激光雷达的探测距离：目前业内最高水平 Lumentum 的 VCSEL 做到了五层和六层 PN 结，但是光功率密度仅 1400W/mm2， 国内 VCSEL 芯片头部厂商长光华芯目前五层结 VCSEL 芯片光功率密度最高能达 到 1200 W/mm2，但是目前欧司朗推出的最新专用于激光雷达的 EEL 芯片光功率 密度已经高达 60000 W/mm2，最高性能的 VCSEL 芯片相较于 EEL 仍然还有较 大差距。

SPAD 探测器灵敏度还有提升空间，直接影响 Flash 激光雷达的探测距离：目前 在专用于激光雷达的商用 SPAD 中，PDE 最高的是索尼的 IMX459，PDE 达到了 24%，而滨松最新推出的 S15 系列 SiPM 产品仅 9%水平。

SPAD 像素数不够，为了保证足够小的角分辨率能够覆盖到更远的距离，因此只 有牺牲视场角：目前商用产品中像素数最高的是索尼 IMX459，仅 11 万像素。Ibeo 用于长距离探测的 Flash 激光雷达角分辨率为 0.09°x0.07°，按照索尼 IMX459 的 像素数 600×189 计算，对应视场角可以达到 54°x13°；而目前用于前向主激光雷 达的视场角大多数为 120°x25°，因此可以推算 SPAD 长度和宽度方向上的像素数 量还需要分别扩大 1 倍才行，那么 SPAD 整体的像素数量增加到索尼 IMX459 的 4 倍大约 44 万像素以上。

第一、球拍的击球面必须是平的，由弦线上下交替编织或联结组成，其组成格式应完全一致。每条弦线必须与拍框联结，特别是穿线后其中心密度不能小于其他任何区域密度。弦线不应有附属物或突起物。如有附属物，只限用以限制或防止弦线的磨损、振动或分散重力，其大小和布置均应合理。

第二、拍框和拍柄的总长不得超过81.28厘米(32英寸)，总宽不得超过31.75厘米(12 1/2英寸)。拍框内沿总长不得超过39.37厘米(15 1/2英寸)，总宽不得超过29.2l厘米(11 1/2英寸)。

第三、拍框包括拍柄，不应有附属物或设备。如有附属物或设备，只限用以限制或防止拍框和拍柄的磨损、振动或分散重力。任何附属物或设备，其大小和布置必须合理。

第四、拍框包括拍柄和弦线，在每一分的比赛期间，不应有任何可使运动员应质上改变其球拍形状或改变其重力分配的设备。

国际网联应裁决某一球拍或原型是否符合以上规格或能否批准它在比赛中使用。这样的裁决或是国际网联主动着手去做，或是根据某些当事人的申请。这些当事人包括运动员、器材制造商或国家的协会或它的会员。这些裁决与申请应根据国际网联适用的“回顾与听取程序”做出，其有关抄本可向秘书办公室索取。

2019-02-05 19:45:15

小青菜哥哥

码龄3年

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光电倍增管的类型有很多，按照倍增级的排列和工作方式不同，光电倍增管可以分为以下几种：

1， 直线聚焦型

倍增级呈瓦片形，沿直线排列，各级之间都有聚焦电场。其特点是渡越时间分散小，时间、能量分辨好。如下图所示：

2， 环状聚焦型

倍增级也是瓦片形，但排列成环形，各级之间有很强的聚焦电极。由于排列紧凑，电子渡越距离短，所以渡越时间小。如下图所示：

3， 百叶窗非聚焦型

倍增级由窄长的薄片排列成百叶窗样子，倍增级前装有屏蔽网以阻止电子返回到发射电子的前一倍增级上。由于级间没有聚焦作用，所以电子的渡越时间及其分散都较大。其优点是暗电流小，输出电流大，对外磁场不灵敏，能量分辨率好。

4， 盒式非聚焦型

倍增级像一个盒子，其时间和能量特性都较差，但结构简单，易于制造，主要用于一般的计数测量。

5， 微通道板(MCP)

通道电子倍增器分为单通道电子倍增器和多通道电子倍增器，后者又叫微通道板(MCP)。MCP除了因通道多而制造方法与单通道电子倍增器有所差异外，两者工作原理相似。

单通道电子倍增器是由长度远大于直径的空心管道构成，通道内表面的电阻约为109~1011Ω，二次电子发射系数δ≥3.当两端加高压后，形成连续的倍增级。带电粒子或辐射进入倍增器的低电位端，与管内表面碰撞而放出二次电子，这样的倍增过程沿整个通道不断重复，最后从高电位输出的是大大倍增了的电子束。如下图所示：

MCP是在单通道电子倍增器的基础上发展起来的一种多通道电子倍增器。由于通道电子倍增器的增益仅与通道长度与直径之比有关，所以可以把倍增器缩小到工艺所能达到的程度，即为微通道。大量的微通道组合在一起就做成了微通道板。典型的微通道直径可达15微米。如下图所示为其结构简图：

微通道板具有结构简单、尺寸小、增益高、时间响应快和空间分辨率高等特点，兼具转换和放大功能，因而得到广泛的应用。

微通道板前面加一块光阴极板，便可以做成光电倍增器。这种光电倍增器与分立倍增级的光电倍增管相比，在增益和能量分辨率方面没有改进。但是由于微通道板中电子路径比普通光电倍增管短很多，而场强又大得多，因而其时间性能非常好。另外一个显著优点就是对周围磁场不敏感。如下图所示为外部电路设计图：

6， 细网型

细网型光电倍增管均匀性非常好，倍增级间距很短，可以缩短整个管子的长度，又是平行电场，采用十字丝网的阳极，具有位置探测功能。其结果如下图所示：

这种管子一般是用电荷分配法计算粒子入射中心来进行位置测量，主要用于与闪烁体组合的闪烁成像，如核医学诊断的γ相机、正电子断层扫描(PET)等。其十字丝网阳极取出信号进行位置计算的结构图如下图所示：

7， 半导体光电器件

1） 光二极管(photodiode，简称PD)是常用的半导体光电器件，普遍采用硅材料。

2） 雪崩型光二极管(avalanchephoto diode，简称APD)加有较高的偏压，载流子在强电场中加速并与半导体内部原子碰撞，击出新的电子空穴对，发生电子雪崩效应，导致信号放大。

3） 电荷耦合器件(chargecoupled device，简称CCD)在硅片上集成很多MOS单元，有极好的位置分辨，但光灵敏度较低，通常需要与光增强器联合使用。

4） 硅光电倍增管(siliconphotomultiplier,简称SiPM)是上世纪九十年代末出现的一种全新的高灵敏度硅光电探测器，这种探测器主要是由工作在盖革模式下的APD阵列构成，与传统光电倍增管相比，具有灵敏度高，增益大（106以上），一致性好，尺寸小，不受电磁场，工作电压低等众多优点。

参考文献：

[1]原子核物理实验方法

[2]粒子探测技术及数据获取

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