1、2022 年深度行业分析研究报告 目录目录 公司概况：激光元器件龙头，从上游向中游扩展公司概况：激光元器件龙头，从上游向中游扩展 . 1 发展历程：十四年专注激光，从光源到器件，从上游到中游 . 1 主营业务与业绩：光源与光学器件业务稳定，中游业务或迎来快速增长 . 1 股权架构与管理层：股权结构稳固，管理层技术背景深厚 . 3 激光雷达：千亿市场迎来拐点，炬光技术壁垒独特激光雷达：千亿市场迎来拐点，炬光技术壁垒独特 . 4 行业趋势：激光雷达成为必选组件，未来渗透空间巨大 . 5 竞争格局：国内整机行业三大梯队，炬光跟随头部厂商成长 . 9 产业链定位：激光雷达上游，提供发射模块与光学整形
2、. 11 核心优势：热管理与精密加工技术领先，团队技术背景出色 . 14 其他业务：医美其他业务：医美+泛半导体打开增长空间，光源与器件优势明显泛半导体打开增长空间，光源与器件优势明显 . 16 医美：脱毛溶脂空间广阔，炬光提供定制模块. 16 泛半导体：激光剥离与激光退火，与半导体显示产业协同发展 . 20 光源与光学器件：国产替代，优势明显 . 25 插图目录插图目录 图 1：炬光科技发展历程 . 1 图 2：炬光科技业务布局 . 2 图 3：炬光科技营收与利润 . 2 图 4：炬光科技分业务营收 . 3 图 5：炬光科技分业务毛利率 . 3 图 6：炬光科技股权架构（截止到 2021 年
3、 12 月 7 号） . 3 图 7：摄像头传感器捕捉原理 . 6 图 8：2020 年 6 月台湾高速公路撞上已侧翻在路的白色货车. 6 图 9：2017-2019 年国内激光雷达产量 . 6 图 10：激光雷达下游普遍量产以 2021 年作为显著时间分界点 . 7 图 11：2019-2025 年激光雷达市场应用预测 . 7 图 12：激光雷达在自动驾驶车型上的使用个数 . 8 图 13：2015-2035 自动驾驶分级别渗透率 . 8 图 14：激光雷达工作原理 . 9 图 15：广州车展上各激光雷达厂商上车情况 . 11 图 16：激光雷达产业链 . 11 图 17：谐振腔示意图 .
4、12 图 18：FP 谐振腔示意图 . 13 图 19：VCSEL 谐振腔示意图 . 13 图 20：半导体激光器光束发散角示意图 . 13 图 21：柱面镜准直示意图 . 13 图 22：温度对阈值电流的影响. 14 图 23：温度对输出功率的影响. 14 图 24：热管理之激光器温度建模 . 15 图 25：热应力导致内部裂纹 . 15 图 26：线光斑整形技术 . 16 图 27：光学晶圆 . 16 图 28：中国医美市场规模 . 17 图 29：全球医美市场规模 . 17 图 31：2020 中国医美分年龄段消费者占比 . 17 图 32：2020 中国医美分年龄段渗透率 . 17 图
5、 30：炬光科技激光脱毛产品. 19 图 31：炬光科技激光溶脂产品. 19 图 32：炬光科技家用医美产品. 19 图 36：激光剥离 OLED 示意图 . 21 图 37：激光剥离在晶圆双面加工中的应用 . 22 图 38：Intel 20A 节点将采用 RibbonFET 与 PowerVia 技术 . 22 图 39：传统晶圆（左）与 PowerVia 晶圆（右）截面对比 . 22 图 40：激光剥离在 LED 芯片制造/GaN 外延片剥离中的应用 . 23 图 41：第三代半导体应用规模. 23 图 42：GaN 应用领域占比 . 23 图 43：AMOLED 显示面板像素阵列示意图
6、 . 24 图 44：AMOLED 典型像素电路 . 24 图 45：不同技术的显示面板占比 . 25 图 46：全球高功率半导体市场规模预测 . 25 图 47：中国光纤激光器市场份额 . 26 图 48：中国激光设备市场销售收入 . 26 表格目录表格目录 表 1：公司部分核心技术人员 . 4 表 2：驾驶自动化等级与划分要素的关系 . 5 表 3：主流传感器一览 . 5 表 4：近年来搭载激光雷达的主要车型 . 7 表 5：不同级别自动驾驶所需传感器数量 . 8 表 6：国外激光雷达厂商概览 . 10 表 7：国内激光雷达厂商概览 . 10 表 8：炬光科技在激光雷达产业内的布局 . 1
7、2 表 9：炬光科技主要医美产品 . 18 表 10： 激光脱毛产品技术对比 . 19 表 11：激光溶脂产品技术对比 . 19 表 12：业内公司准分子激光与固体激光产品特点对比 . 20 表 13：近年来搭载刚性/柔性 AMOLED 显示面板的机型数量 . 21 表 14：炬光科技激光雷达产品业绩拆分 . 27 表 15：收入模型拆分 . 28 表 16：20212023 年炬光科技盈利预测及估值水平 . 28 表 17：炬光科技与部分科创板公司估值水平对比情况 . 29 1 公司概况：激光元器件龙头，从上游向中游扩展公司概况：激光元器件龙头，从上游向中游扩展 发展历程：发展历程：十四年专
8、注激光，十四年专注激光，从光源到器件，从上游到中游从光源到器件，从上游到中游 炬光科技专注激光领域长达十四年，起步于“产生光子”后拥有“调控光子”的能力。炬光科技成立于 2007 年 9 月，最初主要从事激光行业上游的高功率半导体激光元器件（“产生光子”）的研发、生产和销售。2017 年炬光科技成功收购了 LIMO，并致力于拓展激光光学元器件的新兴应用领域，目前可涵盖从深紫外到远红外的广阔波长范围。目前目前公司公司正在正在拓展激光行业中游的光子应用模块和系统（拓展激光行业中游的光子应用模块和系统（“提供解决方案提供解决方案”，包括激光雷达发射模组和，包括激光雷达发射模组和UV-L 光学系统等）
9、的研发、生产和销售。光学系统等）的研发、生产和销售。 图 1：炬光科技发展历程 资料来源：炬光科技官网，中信证券研究部 未来，炬光科技计划在保持上游技术优势的基础上，大力拓展中游业务，以扩张市场空间，实现更多产业领域的覆盖。 主营业务主营业务与业绩与业绩：光源与光学器件业务稳定光源与光学器件业务稳定，中游业务或迎来快速增长中游业务或迎来快速增长 炬光科技主要从事激光行业上游的高功率半导体激光元器件（“产生光子”） 、激光光学元器件（“调控光子”）的研发、生产和销售，目前正在拓展至激光行业中游的光子应用模块和系统（“提供解决方案”，包括激光雷达发射模组和 UV-L 光学系统等）的研发、生产和销售
10、。 “产生光子” 方面， 其主要产品是半导体激光器， 也就是将激光二极管芯片和热沉 （散热器）进行封装，成为完整可用的半导体激光器，可用于充当光纤激光器或固体激光器的泵浦源，也可以单独使用。 “调控光子”方面，其主要产品包括各类光学元器件，例如光场匀化器、准直镜等。 2 图 2：炬光科技业务布局 资料来源：炬光科技招股说明书，中信证券研究部 2018 年公司实现营收 3.55 亿元，但由于当年大额研发投入以及整合前一年并购的德国 LIMO 公司等原因，公司归母净利润仅 1867 万。2019 年公司在持续加大研发投入拓展中游业务的同时，更大力度推进对海外子公司 LIMO 的战略性结构重组，归母
11、净利润受到较大影响， 转为-8043 万元。 2020 年， 研发与整合初见成效， 归母净利润达到 3487 万元，远超 2018 年水平，公司的盈利拐点初现。2021 年公司业绩持续增长，前三季度营收 3.43亿元，几乎与 2020 年全年营收持平，同时公司在跨过盈亏平衡点后营收弹性大于费用弹性，2021 年前三季度归母净利润达到 5690 万元，已经大幅超越 2020 全年。根据业绩快报，公司 2021 年营收/归母净利润达到 4.76/0.68 亿元，同比大幅增长 32.2%/94.3%。 图 3：炬光科技营收与利润（单位：亿元） 资料来源：wind，中信证券研究部 注：2021 年数据
12、来自公司业绩快报 分业务营收方面，2018-2019 年公司以半导体激光业务为主，2020 年受疫情影响，半导体激光业务下游需求减少， 半导体激光业务营收占比有所下降， 但受益于公司对 LIMO的成功整合，激光光学业务收入迅速增长，占比上升到 51.37%，有效弥补了半导体激光业务的下滑，同时公司前期研发投入取得积极进展，一方面激光雷达发射模组、家用医美等获得收入增长，另一方面，半导体激光业务中的预制金锡材料产品开始获得批量订单，半导体激光业务中的预制金锡材料产品开始获得批量订单，3.553.353.64.760.19-0.80.340.685.35%-23.88%9.44%14.29%-30
13、%-25%-20%-15%-10%-5%0%5%10%15%20%-2-8201920202021营收归母净利润净利率 3 成为半导体激光业务新的增长点成为半导体激光业务新的增长点。2020 年和 2021 年 1-6 月，激光雷达发射模组和光学系统业务收入占比逐年上升，且随着新签协议交付有望迎来爆发式增长。 毛利率方面，2020 年公司主营业务毛利率较 2019 年上升 12.93pcts，一方面系激光光学业务由于公司对公司对 LIMO 进行战略性结构重组，东莞炬光新增光束准直转换系列产品的进行战略性结构重组，东莞炬光新增光束准直转换系列产品的后端生产线，大幅后端生产线
14、，大幅提升了运营效率，拉动毛利率大幅提升提升了运营效率，拉动毛利率大幅提升，另一方面由于公司强化了对国内客户的技术支持力度，拓展了国内的市场，其销售占比大幅上升。光学元件产品由于加光学元件产品由于加工难度高，且大多需要针对每一款产品进行定制，单规格出货量较少，因此毛利率处于较工难度高，且大多需要针对每一款产品进行定制，单规格出货量较少，因此毛利率处于较高水平。而激光雷达与光学系统相对更加标准化，因而毛利率比光学元件低。高水平。而激光雷达与光学系统相对更加标准化，因而毛利率比光学元件低。 图 4：炬光科技分业务营收（百万元） 图 5：炬光科技分业务毛利率 资料来源：wind，中信证券研究部 资料
15、来源：wind，中信证券研究部 股权架构股权架构与管理层与管理层：股权结构稳固，：股权结构稳固，管理层技术背景深厚管理层技术背景深厚 公司股权结构稳固，激励长期发展。根据炬光科技招股书，截止到公司上市前，刘兴胜与王东辉、西安宁炬、西安新炬、宋涛、李小宁、延绥斌、侯栋、田野、西安吉辰为一致行动人， 合计持有炬光科技 14.27%的股权。 刘兴胜通过直接持有和一致行动协议约定，刘兴胜通过直接持有和一致行动协议约定，控制了炬光科技控制了炬光科技 31.99%的表决权，为炬光科技的控股股东和实际控制人。的表决权，为炬光科技的控股股东和实际控制人。 图 6：炬光科技股权架构（截止到 2021 年 12
16、月 7 号） 资料来源：炬光科技招股说明书，中信证券研究部绘制 212.85208.78139.54147.52109.5291.61179.08167.662.1922.7227.7914.0523.3503.147.37050030035040020021Q1-Q3半导体激光激光光学汽车应用光学系统0%10%20%30%40%50%60%70%80%20021Q1-Q3半导体激光激光光学汽车应用光学系统 4 管理团队齐聚多位专家，专业背景深厚。公司组建了一支专业从事高功率半导体激光元器件、激光光学元器件、光子应用模块和系统领
17、域高效的技术研发团队。团队成员拥有丰富的研发、设计和生产经验，覆盖产品生产所必需的封装、测试、光学、失效分析和质量管理等技术领域。公司的研发技术团队充分了解激光产业的发展演进过程、当前市场态势及未来发展趋势，针对客户需求不断强化并完善产品和技术整体版图。截至 2021 年 6 月 30 日，公司员工总数为 668 人，其中研发人员为 154 人，占比达 23%， 研发人员拥有丰富的研发经验。 表 1：公司部分核心技术人员 姓名姓名 职务职务 专业资质专业资质 科研成果科研成果 获奖情况获奖情况 对公司研发的具体贡献对公司研发的具体贡献 刘兴胜 董事长、总经理 美国弗吉尼亚理工大学博士，中科院研
18、究员、博士生导师，国际光学工程学会（SPIE） 和国际电气与电子工程师学会（IEEE） 技术委员会委员，在康宁公司、相干公司、恩耐公司等拥有多年研发与管理经验。 289 项专利（其中发明专利 91 项），发表论文 100 余篇；撰写了世界第一本高功率半导体激光器封装专著Packaging of High Power Semiconductor Lasers；主导制定半导体激光器总规范半导体激光器测试方法两项国家标准；多次受邀在美国西部光电展等主要行业展会做学术报告，代表中国企业参加行业高峰论坛 曾获国家首批“全国创新争先奖”、国务院政府特殊津贴、“科技部创新人才推进计划”、 “中国科协求是杰出
19、青年成果转化奖”等多项荣誉 公司创始人、 技术带头人，在技术路线规划、新技术方向探索领域做出大量工作，培养多位技术人才 Chung-en Zah（石钟恩） 副总经理兼首席技术官 士，国际电气与电子工程师学会会士（IEEEFellow），美国光学学会会士（OSAFellow），在美国康宁公司、贝尔实验室等机构拥有多年研发与管理经验。 50 项美国专利， 发表论文 419 篇， 其中期刊论文 167 篇（包括 8 篇特邀论文），会议论文 252 篇（包括 53 篇特邀论文）；多次受邀担任国际光电领域主要学术会议主席；曾长期担任PhotonicsTechnologyLettersJournalofL
20、ightwaveTechnology等国际主流期刊副主编 曾获美国激光与光电协会LEOSEngineeringAchievement 奖、两次获得美国R&D100Award 公司技术带头人，在技术路线规划、新技术方向探索领域做出大量工作，培养多位技术人才 王警卫 首席科学家 高级工程师 60 余项专利，发表论文 50 余篇 曾获“第四届西安青年科技人才奖”、陕西省“三秦人才津贴”、 西安市科学技术一等奖、西安市十佳科技创新人物 主要从事高功率半导体激光元器件的设计、封装工艺开发、新产品导入以及器件寿命、可靠性和失效分析研究，带领团队开发了多款叠阵和面阵产品，为公司半导体激光封装技术研究做出了积
21、极贡献 资料来源：炬光科技招股说明书，中信证券研究部 激光雷达：千亿市场迎来拐点，炬光技术壁垒独特激光雷达：千亿市场迎来拐点，炬光技术壁垒独特 在炬光科技业务覆盖的诸多领域之中，激光雷达的发展空间最为广阔。预计激光雷达将在未来三年成为公司主要的增长来源，并逐步成为第一大营收贡献来源。 5 行业趋势：激光雷达成为必选组件，未来渗透空间巨大行业趋势：激光雷达成为必选组件，未来渗透空间巨大 在自动驾驶领域，激光雷达是重要的传感器以及研发方向之一。我国的汽车驾驶自动化分级 编制说明中提到， 驾驶自动化技术是国际公认的未来发展方向和关注焦点之一。该分级的制定不仅对于汽车产业的技术革新与升级具有重大意义，
22、在其相关产业生态链、价值链体系的重塑中也担任至关重要的角色。美国、欧洲、日本等国家也将自动驾驶技术作为交通领域的重要发展方向，从国家层面进行战略分析和布局。 表 2：驾驶自动化等级与划分要素的关系 分级分级 名称名称 车辆横向和纵向车辆横向和纵向运动控制运动控制 目标和事件探测目标和事件探测与响应与响应 动态驾驶任务接管动态驾驶任务接管 设计运行设计运行条件条件 0 级 应急辅助 驾驶员 驾驶员及系统 驾驶员 有限制 1 级 部分驾驶辅助 驾驶员和系统 驾驶员及系统 驾驶员 有限制 2 级 组合驾驶辅助 系统 驾驶员及系统 驾驶员 有限制 3 级 有条件自动驾驶 系统 系统 动态驾驶任务接管用
23、户（接管后成为驾驶员） 有限制 4 级 高度自动驾驶 系统 系统 系统 有限制 5 级 完全自动驾驶 系统 系统 系统 无限制 资料来源：工信部，中信证券研究部 智能化成为汽车产业的发展趋势，配备先进传感器以及多传感器融合的路线逐渐成为国内外自主厂商实现高阶驾驶的必经之路。其中，激光雷达作为现阶段蓬勃待发的领域之一，具有巨大的潜力。激光雷达能够补足其它主流传感器的缺点，并拥有众多优点。 表 3：主流传感器一览 摄像头摄像头 超声波雷达超声波雷达 毫米波雷达毫米波雷达 激光雷达激光雷达 原理 摄像头直接捕捉 声波的发射接收 电磁波的发射接收 激光的发射接收 探测距离 远 近 远 远 应用场景 高
24、速+低速 低速 高速+低速 高速+低速 受气候（如雨雾）影响 极大 小 较小 小 资料来源：CSDN，中信证券研究部 当前，市场大多数观点认为，多传感器融合才能尽可能提高安全性，纯摄像头方案难当前，市场大多数观点认为，多传感器融合才能尽可能提高安全性，纯摄像头方案难以保证安全以保证安全，激光雷达成为融合感知方案中，高阶自动驾驶落地的必由之路，激光雷达成为融合感知方案中，高阶自动驾驶落地的必由之路。根据公共数据库 tesladeaths 汇编的数据，2019 年有 50 多人死于涉及特斯拉汽车的交通事故中，特斯拉的“纯视觉路线”的安全性与技术难度使得其他主机厂转向使用传感器融合感知的技术路线。在
25、传感器方面，特斯拉 Model Y 搭载了前、侧、后共 8 枚摄像头，12 个超声波传感器。摄像头是唯一能够分辨颜色和具体图形的感知原件；虽然技术层面上利用不同摄像头之间的夹角可以判断出某个物体的相对距离，但是在某些情况下仍会出现判断失误。此外，摄像头受其硬件本身的局限性，只能够捕捉到 2D 层面上的图像，以此进行推断、计算出实际的场景。 在在 L4 级自动驾驶传感器选型上，纯视觉方案会存在精度、稳定性和视野等方面的局级自动驾驶传感器选型上，纯视觉方案会存在精度、稳定性和视野等方面的局限性，无法满足高级自动驾驶对于传感器的性能要求。限性，无法满足高级自动驾驶对于传感器的性能要求。特斯拉的几次重
26、大安全事故频繁发生在白色大型货车相关的场景中，主要原因在于单目或三目摄像头无法像双目摄像头一样通过视觉差判断距离，纯靠 AI 算法穷举会在新场景上遇到 Corner case，很有可能对距离 6 判断失误。与此同时，静止不动的物体会在算法上被毫米波雷达忽视。摄像头和毫米波双双可能遇到失效的场景，使得特斯拉频繁出现与白色静止货车相撞的事故。例如近年的一起车祸起因就是汽车未能成功判断出与路前方的厢型车的准确距离，而车上的超声波雷达在高速驾驶环境下效果不佳导致的。 图 7：摄像头传感器捕捉原理 图 8：2020 年 6 月台湾高速公路撞上已侧翻在路的白色货车 资料来源：汽车之家 资料来源：智车营 自
27、动驾驶到目前为止尚未达到真正通用的程度， 其发展路线也还存在诸多变数。 但是，受益于 ROBOTAXI 等行业的发展，2017-2019 年我国激光雷达产量增长了 46.07%，经历了快速放量前的市场技术积累成熟期。 图 9：2017-2019 年国内激光雷达产量 资料来源：slamtec，中信证券研究部 从应用时间上来看，2017 年后激光雷达开始小批量的应用于 Robotaxi 与 ADAS 场景中，在工业上亦有小规模应用；但无论规模还是技术成熟度，2022 年都是显著的分水岭。随着大批量的乘用车开始装配激光雷达作为车规级 ADAS 传感器， 激光雷达的生态链条已经成熟，投资开始进入回报周
28、期。 2.042.32.980.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 201720182019激光雷达产量（万台） 7 图 10：激光雷达下游普遍量产以 2021 年作为显著时间分界点 图 11：2019-2025 年激光雷达市场应用预测 资料来源：Yole 资料来源：Yole 2021 年以来，大量搭载激光雷达的车型上市年以来，大量搭载激光雷达的车型上市，2022 年预计同样有大量车型搭载激光雷达。随着激光雷达在汽车上逐渐普及，预计未来几年将迎来出货量的大幅增长。 表 4：近年来搭载激光雷达的主要车型 主机厂 合作企业/方案 激光雷达数目 落地车型 上市时间 北汽 速腾
29、聚创 M1(等效 125 线) 3 ARCFOX 极狐阿尔法 S 2021 年 小鹏 大疆 Livox 2 P5 2021 年 蔚来 图达通 1 ET7 2022 年 上汽 Luminar - ES33 2022 年 长城 IbeoNEXT - WEY 2021 年 长城 华为转镜 96 线 - ？ 2022 年 奔驰 法雷奥二代 Scala(16 线) 1 奔驰 S 级 2021 年 奥迪 Luminar - - 2021 年 法雷奥一代 Scala(4 线) 1 A8 2018 年 宝马 Innoviz - iNext 2021 年 丰田 电装 - 新雷克萨斯 LS 2021 年 本田 -
30、 5 Legend 2021 年 沃尔沃 Luminar - 基于 SPA2 新车型 2022 年 LucidMotors 速腾聚创 M1(等效 125 线) 1 LucidAir 2022 年 资料来源：各公官网，中信证券研究部 从当前搭载激光雷达的车型中，我们可以看到，单车激光雷达数量在 1-3 个，不同车型差异较大。 根据 Yole 预测， 随着自动驾驶级别提高， 车辆需要的传感器数量将普遍提高。全车方案中最核心的激光雷达为前向主激光雷达，承担了主要的前向驾驶信号感知的工作，车企会选用线束高能力强的激光雷达，当前这一主激光雷达的价格仍然高达 800-1000 美金。进入 L4 自动驾驶等
31、级后，部分车企方案中加设了 1-2 个侧向的激光雷达，目的为了覆盖前向激光雷达的死角，侧向激光雷达的探测距离只需要在 100m 左右，主要用于处理侧向死角的变道车辆，因此价格会下降到 500 美金左右，是主激光雷达的一半。从长城的沙龙机甲龙来看，还有可能在尾部加设 1-2 个激光雷达，单价预计与侧向激光雷达近似或略低，但是当前主流解决方案中并没有采取这一设计。 8 表 5：不同级别自动驾驶所需传感器数量 摄像头摄像头 超声波超声波 毫米波雷达毫米波雷达 激光雷达激光雷达 L0 1-3 6 1-3 无 L1 1-3 6 1-3 可选 L2 3-7 8 1-3 可选 L3 3-7 8 5-6 1-
32、3 L4 3-7 8 5-6 1-4 L5 3-7 8 5-6 4 资料来源：Yole，中信证券研究部 图 12：激光雷达在自动驾驶车型上的使用个数 资料来源：佐思汽车研究，在中信证券研究部 同时，未来，高级别自动驾驶车辆占比料将不断提高，给激光雷达打开巨大的市场空间。Strategy Analytics 预测 2025 年 L2 级别自动驾驶将占相当大的比例。如按照全球汽车年销量 8000 万辆计算，四分之一具备 L2 级别自动驾驶功能，L2 级别每辆车配备 2 台激光雷达，出货将有 4000 万台，对比如今是千倍的提高。如按照 100 美元/台的单价计算（velodyne 最新一代产品 v
33、elobit，探测距离 60 米的固态激光雷达售价 100 美元，未来主力长距离激光雷达价格可能下降到这一水平） ，预计 2025 年市场空间将超过年市场空间将超过 40 亿美元。亿美元。如产品价格或单车装配数量更高， 则市场空间将更大， 长期来看有望达到数百亿美元规模。长期来看有望达到数百亿美元规模。 图 13：2015-2035 自动驾驶分级别渗透率 资料来源：Strategy Analytics（含预测），中信证券研究部 89%53%26%13%5%11%40%46%28%16%7%27%53%59%1%4%10%2%10%0.1%0%10%20%30%40%50%60%70%80%90
34、%100%200302035L0L1L2L3L4L5 9 竞争格局：国内整机行业三大梯队，炬光跟随竞争格局：国内整机行业三大梯队，炬光跟随头部厂商头部厂商成长成长 激光雷达按照技术路线分为诸多流派，不同流派的工作原理不同，因而具有不同的成本和技术特征，占据了不同的市场，形成了如今的市场格局。 从工作原理来看，激光雷达由激光发射、激光接收、信息处理、扫描系统四大基础系统构成，这四大系统相互协作，进而短时间内获取大量的位置点信息，并根据这些信息实现三维建模。其中 激光发射系统：激励源周期性地驱动激光器，发射激光脉冲，激光调制器通过光束控制器控制发射激光的方向和线数，最后通过发
35、射光学系统，将激光发射至目标物体； 激光接收系统：经接收光学系统，光电探测器接受目标物体反射回来的激光，产生接收信号； 信息处理系统：接收信号经过放大处理和数模转换，经由信息处理模块计算，获取目标表面形态、物理属性等特性，最终建立物体模型。 扫描系统：以稳定的转速旋转起来，实现对所在平面的扫描，并产生实时的平面图信息。 图 14：激光雷达工作原理 资料来源：汽车人参考，中信证券研究部绘制 目前产业界技术路线的不同主要体现在扫描系统的扫描方式、激光器的波长、测量原理方面。 按照扫描方式的不同，有 Velodyne 为代表的机械式激光雷达，以 Luminar、Valeo、大疆、 华为等代表的半固态
36、式激光雷达 （半固态也称为混合固态， 当中又分为以速腾聚创、Innoviz 为代表的 MEMS 路线和以 Innovusion、华为、Luminar 为代表的转镜路线） ，以Ouster、ibeo 等为代表的 flash 激光雷达，以及理论性能优越但技术尚未完全成熟的相控阵激光雷达等。目前，机械式激光雷达由于成本高、体积大、机械式激光雷达由于成本高、体积大、扫描速度慢、扫描速度慢、机械部件寿命机械部件寿命短易损坏等缺点，基本已经不作为前装激光雷达的主流选择，通常用在后装市场，市场规短易损坏等缺点，基本已经不作为前装激光雷达的主流选择，通常用在后装市场，市场规模较小模较小。Flash 激光雷达由
37、于需要脉冲式发光照亮一个大面积，测量距离较短，但可以同激光雷达由于需要脉冲式发光照亮一个大面积，测量距离较短，但可以同时测量大范围内的目标，因此是侧向激光雷达的最佳选择。而半固态式激光雷达目前技术时测量大范围内的目标，因此是侧向激光雷达的最佳选择。而半固态式激光雷达目前技术较为成熟的同时兼顾了测量距离和速度，已经是前装前向激光雷达的主流选择。较为成熟的同时兼顾了测量距离和速度，已经是前装前向激光雷达的主流选择。 按照光源波长的不同，有 1550nm（Luminar、Innovusion 图达通等）和 905nm（大多数厂商） 两种路线。 905nm路线与消费电子共用产业链 （比如苹果手机的路线
38、与消费电子共用产业链 （比如苹果手机的3D传感器等） ，传感器等） ，应用规模较大，因此成本较低；应用规模较大，因此成本较低；1550nm 此前主要用于光通信，应用规模稍小，成本和成此前主要用于光通信，应用规模稍小，成本和成 10 熟度方面不如熟度方面不如 905nm 路线，但具有对人眼伤害小，对雨雪雾的穿透性更强等优点。路线，但具有对人眼伤害小，对雨雪雾的穿透性更强等优点。 按照测量原理，则可以分为大多数激光雷达厂商采用的 ToF 方案（测量回波时间用以计算距离）和 Aeva 等少数厂商采用的 FMCW 方案（调频连续波，测量回波时间和相位，可同时获取距离和瞬时速度） 。 FMCW 是毫米波
39、雷达的主流方案， 但由于激光波长较短 （可是毫米波雷达的主流方案， 但由于激光波长较短 （可以认为是微米波，比毫米波短以认为是微米波，比毫米波短 3 个数量级以上） ，因此如采用个数量级以上） ，因此如采用 FMCW 方案就需要高精度方案就需要高精度ADC，成本较高，成熟度还不够。短期内业界主流仍是，成本较高，成熟度还不够。短期内业界主流仍是 ToF 方案。方案。 目前来看，国内激光雷达行业的发展快于国外，国内公司的技术和成熟度已经处于较为领先的水平。国外公司的优势并不明显，曾经的行业先驱 Velodyne 也由于技术路线变更失去了领先地位。 表 6：国外激光雷达厂商概览 公司名称公司名称 V
40、elodyne Luminar Valeo （法雷奥）（法雷奥） Ouster （大陆）（大陆） Aeva Ibeo Innoviz 主推激光雷达产品 Puck Velarray Velabit Hydra Iris SCALA Digital Flash OS 系列 Aeries NEXT Generic LUX InnovizOne 合作项目或车型 沃尔沃/XC90 (SUV) 上汽/智己L7 Airbus 特斯拉/ModelY R 系列ES33 非凡/T7 奥迪/A8 奔驰/S 级 本田/Legend 奥迪/E-Tron Applied EV/物流汽车 长城/WEY BMW/iNEXT
41、资料来源：各公司官网，中信证券研究部 表 7：国内激光雷达厂商概览 公司名公司名称称 速腾聚创速腾聚创（RoboSense） 华为华为 大疆大疆 禾赛科技禾赛科技 图达通图达通 （Innovution） 主推激光雷达产品 RS-LiDAR-M1 RS-Fusion-P5 RS-V2X 96 线中长距激光雷达 Livox Horizon Livox Mid-40 MID-100 TELE-15 AT128 Pandar128 PandarXT PandarQT Pandar64 捷豹精英版 猎鹰 合作项目或车型 小鹏/G9 北汽/极狐 上汽/智己 L7 威马/M7 理想/X01 Lotus/莲花
42、 Lucid Air 上汽/智己 IM AD 上汽/智己 EP33 AION LX 长安/阿维塔 哪吒 S 长城/沙龙机甲龙 北汽/极狐阿尔法 T 北汽/极狐阿尔法 S-HI 奥迪 小鹏 广汽 小鹏/P5 理想/X01 百度/Apollo RoboTaxi 项目 蔚来/ET7 资料来源：各公司官网，中信证券研究部 11 从行业普遍发展规律来讲，激光雷达发展成熟从行业普遍发展规律来讲，激光雷达发展成熟通常通常需要需要 5 年左右的时间年左右的时间。而这五年之中，又分为 2+2+1 三个部分。第一个 2 是指研发出产品需要 2 年，第二个 2 是指与车企进行联合研发测试需要 2 年，而最后一个 1
43、 是指量产需要 1 年。因此，国内已经获取较多定点的激光雷达公司，相比尚未获取定点的公司优势在逐步扩大，我们认为激光雷达参与者虽多，但是行业集中度会很高，速腾、华为、禾赛三家领跑的趋势已经非常明显。 图 15：广州车展上各激光雷达厂商上车情况 资料来源：各公司官网，中信证券研究部 而炬光科技已经是头部厂商的核心供应商，未来有望获得较大的市场份额。 产业链定位：激光雷达上游，提供发射模块与光学整形产业链定位：激光雷达上游，提供发射模块与光学整形 根据激光雷达工作原理，激光雷达产业链上游包括发射器、接收器、扫描器、信息处理四大领域。目前炬光科技提供的激光雷达上游产品主要有激光发射模块（发射端） 、
44、准直镜、光束扩散器，均属于发射器领域，其中激光发射模块中包含激光器和热沉等部件。 图 16：激光雷达产业链 资料来源：汽车人参考，中信证券研究部绘制 激光发射模块方面，炬光科技提供了用于驾驶舱内监控的激光发射模块方面，炬光科技提供了用于驾驶舱内监控的 AT 系列（视场角可达系列（视场角可达 160度） 、用于度） 、用于 flash 激光雷达的激光雷达的 AL01 系列、系列、AX02 系列，以及用于扫描式激光雷达的系列，以及用于扫描式激光雷达的 LX01系列和系列和 BeamRazor LE02 系列。系列。光学部件方面包括用于扫描式激光雷达的准直镜以及用光学部件方面包括用于扫描式激光雷达的
45、准直镜以及用于于 flash 激光雷达的面透镜。激光雷达的面透镜。 12 表 8：炬光科技在激光雷达产业内的布局 激光雷达发射模组激光雷达发射模组/光源光源 激光雷达光学器件激光雷达光学器件 转镜 线光源发射模组 准直镜/准直器 Flash 面光源发射模组、VCSEL 光源 面透镜 MEMS 暂无 暂无 资料来源：公司官网，中信证券研究部 发射模组由激光器和光学器件组成。激光器的作用比较直观容易理解，即充当光源。炬光科技所生产的半导体激光器炬光科技所生产的半导体激光器 （又称激光二极管）（又称激光二极管） 由激光二极管芯片、 激光二极管热沉、由激光二极管芯片、 激光二极管热沉、相关结构件等封装
46、而成相关结构件等封装而成。而属于光束控制器范畴的准直镜（大多为快轴准直镜） 、光束扩散片的作用需要进一步说明。要理解这些“控制光子”的元件在激光雷达内部所发挥的作用，则需要先理解激光器的特性。 在大多数人印象中，激光器发出的激光是一道笔直的光束，即使过了很远的距离也仍然是一个又小又亮的光点。但实际情况并非如此，激光器发出的激光是发散的，经过准直激光器发出的激光是发散的，经过准直才变成了笔直的光束才变成了笔直的光束。激光的产生首先需要一些处于激发态的粒子，这些粒子会随机自发跃迁到基态，从而发出光子，这样的光子碰到其他处于激发态的粒子后，会让这个激发态粒子跃迁到基态， 并发出一个跟当前光子一模一样
47、的光子。 如果这样的激发态粒子足够多，那么将很快产生大量相同的光子，激光也就由此产生。但需要注意的是，自发跃迁产生的光子的方向可能朝向各个方向，并不能沿着指定方向飞行，因此，我们需要谐振腔来对特定方向的光子进行放大， 从而能够产生指定方向的激光。 谐振腔就是一对面对面的反射镜，光子在其中来回反射，符合谐振腔方向的光子能够在镜面之间来回反射，从而不断遇到谐振腔中的激发态粒子，使得该方向的光束不断加强，而不符合谐振腔方向的光子则会从谐振腔侧面飞出，不能获得强化，从而逐渐消失。由此方可产生指定方向的激光。 图 17：谐振腔示意图 资料来源：行家说 在半导体激光器中，我们通常用晶体断裂处自发形成的解理
48、面作为反射镜面，也可以在目标位置沉积反射层用来提高反射率。 13 图 18：FP 谐振腔示意图 图 19：VCSEL 谐振腔示意图 资料来源：CSDN 资料来源：CSDN 但无论如何设置反射镜面，通常半导体激光器的体积都是非常小的（半导体激光器又称激光二极管，其典型尺寸往往只有毫米量级） ，因此谐振腔的长度也非常有限，难以实现特别理想的光子方向筛选效果，有很多方向稍微偏斜的光子也能够在谐振腔中得到加强。因为上述原因，半导体激光器发射的激光是有一定发散角的半导体激光器发射的激光是有一定发散角的，其输出的光斑往往呈现纵向其输出的光斑往往呈现纵向的椭圆形的椭圆形。在半导体激光领域，这个椭圆形的长轴方
49、向通常称为快轴，短轴方向通常称为长轴方向通常称为快轴，短轴方向通常称为慢轴慢轴。一般的半导体激光器长轴发散角可达 20 度以上，短轴发散角可达 5 度以上。如果我们直接使用这样的激光进行长距离测量，可想而知在远处将形成相当大的光斑，十分不利于形成精确的点云图像。因此，必须对光束进行准直。 所谓准直，可以理解为聚焦，是将光源放在焦点上，使得射出去的光线成为平行的细所谓准直，可以理解为聚焦，是将光源放在焦点上，使得射出去的光线成为平行的细光束的过程光束的过程。由于半导体激光器射出的光斑为椭圆形，经常需要使其成为圆形，因而常使用柱面镜对其进行准直（快轴方向光斑更长，所以快轴准直镜用得更多，是高功率光
50、学系统的第一个也是最重要的一个光学元件） ，有时也会使用三棱镜或球面镜对其进行准直。 图 20：半导体激光器光束发散角示意图 图 21：柱面镜准直示意图 资料来源：CSDN 资料来源：Thorlabs 与准直镜相反，光束扩散器常用于将较窄的光束发散到更宽广的角度光束扩散器常用于将较窄的光束发散到更宽广的角度，这类使用场景包括 flash 类型的激光雷达、车内驾驶员状态监测等场景。 14 此外热沉也是一个非常影响激光器性能的部件。所谓热沉热沉（heat sink） ，是指温度不） ，是指温度不随传递到它的热能的大小变化而变化随传递到它的热能的大小变化而变化的物体的物体，它可以是大气、大地等物体，
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