远方信息VCSEL测试系统及解决方案助力3D视觉产业发展
2021-06-30 14:48:40   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

微访谈：远方信息光电科学研究所副所长杨雄

访谈背景：杭州远方光电信息股份有限公司（以下简称“远方信息”）是智能检测识别信息技术和服务提供商，在光电检测和生物识别等方面有深度研究，拥有自主核心技术，致力于为照明光源、红外和紫外器件、显示器件与产品、汽车零部件、医疗器械、材料等提供光学、电学和电磁兼容检测设备以及综合测量解决方案，并提供相应校准服务。

近几年，中国面向3D传感应用的VCSEL产业迅速升温，涌现出诸多优秀的VCSEL设计和制造企业，随之带来的是对VCSEL测试设备及服务的旺盛需求。远方信息看准了这一商机，凭借多年在半导体紫外-可见-红外检测设备领域的深厚积累，推出了业界具有竞争力的VCSEL测试分析系统及自动化量产测试系统。近日，麦姆斯咨询采访了远方信息光电科学研究所副所长杨雄博士，以深入了解其在VCSEL测试领域的布局及规划。

远方信息光电科学研究所副所长杨雄博士

麦姆斯咨询：感谢远方信息接受麦姆斯咨询的采访。首先，请您简单介绍远方信息的发展历程，谢谢。

杨雄：远方信息前身为杭州远方测试系统研究所，成立于1993年，由时任浙江大学光电学院教师的潘建根老师所创立，公司在创立之初就是一家研究开发型高新技术企业。在公司创始人潘建根教授的带领下，远方信息在光电测量领域不断探测和创新，多次承担国家高技术研究发展计划（863计划）课题和省市级重大科技攻关项目。2012年在深交所上市（股票代码：300306）后，公司通过整合和优化资源，进一步深耕半导体光电检测行业，为半导体发光产业的芯片、封装、应用等整个产业链提供测试解决方案。目前公司已形成了杭州滨江总部、萧山生产基地、美国硅谷创新中心等五大基地协同发展的规模；还建设有省级企业研究院、博士后工作站以及光电科学、生物识别科学、驾服产业科学研究机构；以公司自主研制设备为主的光学、电学和电磁兼容专业实验室获得美国NVLAP和中国CNAS双认可；同时为更好地服务客户，远方信息已在全球建有50余个服务点，覆盖并服务于中国、美国、印度、韩国等全球上万余家客户。

在过去近30年的时间里，远方信息与光电产业共同成长。在政府和行业的支持下，远方信息的核心测量设备高精度快速光谱辐射计、全空间快速分布光度计等作为国家863计划研究成果，获得了“国家专利优秀奖”、“浙江省科学技术二等奖”等诸多荣誉，在行业内广泛应用。作为国际照明委员会第二分部（CIE D2）中国国家代表、全国照明电器标委会光和辐射测量分委会(SAC/TC224/SC3)秘书处承担单位和全国光电测量标准化技术委员会（SAC/TC487）副主任委员，潘建根教授带领团队积极参加行业内50余项国际国内标准的修制定工作，为行业发展贡献了一份坚实的力量。

通过提供精准可靠的检测设备和服务，远方信息助力企业提升产品品质，促进行业健康良性发展，从而实现“精准益世界、精进至远方”的企业愿景。

麦姆斯咨询：接下来，请您介绍远方信息在光电检测方面的主要业务及客户情况。

杨雄：远方信息在光电检测方面开展的业务兼具广度和深度，主要包括光学测量、电学测量和电磁兼容（EMC）检测设备，其中光学测量涵盖了器件、材料和成品的光度、辐射度和色度测量。每个业务领域中我们都自主开发了与国际先进检测设备制造商相媲美的产品，部分仪器的关键指标国际领先。例如LED测量中常用的高精度快速光谱辐射计、红外VCSEL测量的核心仪器高分辨率光谱辐射计、电学测量中的精密电源和功率分析仪等。这些核心仪器为根据客户需求进行检测系统集成化和自动化奠定了基础。同时我们的远方光电科学研究院，专门负责理论、标准和市场的对接，能够根据相关标准和技术发展趋势深入分析客户的即时需求和潜在需求，提供科学合理的检测系统方案。

目前，我们服务的行业主要包括LED和照明、显示、VCSEL及红外紫外、材料光色特性、医疗、汽车电子、家用电器和生物识别等，为研发质检实验室、生产线以及第三方检测机构提供齐套测量解决方案。

我们目前的产品应用于全球数万家客户，出口和国内占比均遥遥领先，产品出口到美国、德国、俄罗斯、日本等一些发达国家，客户包括中国计量院、联合国开发署、美国国家标准技术研究院（NIST）、台湾工业研究院（ITRI）、ITS、SGS、TUV等国内外高水平计量检测实验室，及国际著名企业包括飞利浦、欧司朗、华为、苹果、小米等众多客户。

麦姆斯咨询：远方信息是从哪一年开始关注VCSEL产业？进入该领域的缘由是什么？

杨雄：最早关注VCSEL是源于客户咨询。在2015年前后，大家对红外VCSEL还没有太多概念，当时客户找到我们寻求红外辐射通量、辐射角度分布以及辐射度校准的生产线测量方案。那时从发光特性来看，VCSEL和红外LED比较相似，只是供电比较特殊，我们提供了整套测量模块的解决方案也得到了客户的认可和采纳。随后，我们也陆续定制了一些红外VCSEL的测量系统，大多供给国外客户。直到苹果发布iPhone X之后，VCSEL产业进入大众视野，VCSEL器件在传感应用领域的功耗、输出功率、集成、散热等方面有众多优势，VCSEL有望应用在消费电子3D成像、物联网、自动驾驶等领域，市场潜力大。我们接到的客户咨询也相应地明显增多。在此过程中，我们也投入资源，成功研制了专用于红外激光测量的高分辨率光谱辐射计，并逐渐形成了一系列相对标准化的测试系统。总之，市场有前景、客户有需求、远方信息有基础和技术优势，于是水到渠成地进入了这个领域。

当前，VCSEL技术还在快速发展之中，相应的测量需求也越来越高，越来越多样化，远方信息很看好VCSEL的发展前景，已经承担了相关纵向课题研究工作，并将密切结合市场和技术趋势，提供综合测量解决方案。

麦姆斯咨询：面向VCSEL产业，远方信息已经推出了哪些产品和服务？

杨雄：一如既往，远方信息为VCSEL产业提供精准可靠的测量设备和检测系统解决方案。被测对象包括VCSEL器件、应用产品以及相配套的窗口材料和红外传感器等。

针对VCSEL的芯片和封装产品，可测量参数包括：峰值波长、光谱带宽、辐射功率、辐射效率、PIV曲线、近场分布、远场分布（FOV）、人眼光生物安全、光电探测器（PD）测量等。远方信息不仅针对实验室测量提供完整的测量解决方案，还将为产线检验提供测量模块，也能根据客户需求定制一体化的测量产线。

基于VTS-200 VCSEL光电测试分析系统的LIV曲线、PCE曲线、PD值测试

基于VGS-200 VCSEL辐射角分布测量系统的辐射强度分布测试、辐射人眼安全测试

基于CX-800IR的近场分布测试

在整个VCSEL产业链中大量应用到了红外窗口材料，针对于材料的透射、反射特性测量，远方信息也提供相应的设备解决方案。

基于BBMS空间散射特性测试系统的材料空间BSDF测量

而针对红外传感器的测量评价，远方信息同样推出了各种类型的参考光源，帮助客户全方位评价传感器特性。

TLS-50可调光谱亮度源

由此可见，远方信息针对VCSEL产业推出的产品和服务是丰富的、完整的、全面的。

麦姆斯咨询：你们的VCSEL光电测试分析系统和VCSEL辐射角分布测量系统有哪些优势？针对3D传感应用做了哪些优化？特别的，针对激光雷达的VCSEL测试需要纳秒（ns）级脉冲源，峰值电流非常高，此类VCSEL测试有什么需要特别注意的问题？

杨雄：您指的应该是我们的两款VCSEL测量系统：VTS-200 VCSEL光电测试分析系统、VGS-200 VCSEL辐射角分布测量系统。这两款设备是适用于实验室测量的相对标准化的测量系统，旨在提供可溯源、可比对的高精度测量数据。

这两款设备都应用到了核心仪器：HRS高分辨率光谱辐射计，专为红外激光产品开发，可以广泛适用于800~1000nm波长的VCSEL，带宽可到0.2nm以内，波长准确度达0.05nm。系统根据客户需求配置了us/ns级脉冲电源及高精度电学测量表，从而能准确描绘出LIV曲线。

在前期的研究中，我们发现行业初期有许多比较简易的测量方式，实际操作起来误差比较大，比如说，采用透射膜或者反射膜测试FOV和光斑形状，可以有数据，但实际上大家对数据的准确度不自信。有很多客户都找过我们，我们认为要想得到精准的光分布特性，还是应该用探测器直接扫描的方法来获取，特别是具有不同FOV的VCSEL，采样间隔选取十分重要，相应方法可参考远方信息牵头起草的CIE 239:2020，虽然理论比较复杂，但我们的系统则面向客户给出了较为简单测量方案。

近年来VCSEL技术的发展特别迅速，光型越来越丰富，功率也越做越大，远方信息会根据客户的实际需求配置合理的实验室测量方案。特别的，针对问题的第二部分，我们了解到激光雷达的功率普遍较高，对于整套系统的测量动态范围要求较大，对供电和安装设计也确实存在挑战。除以上需要考虑的因素外，针对具体的应用，我们会利用现有的测试平台和技术，帮助客户测试并定制最优解决方案。

麦姆斯咨询：VCSEL在数据通信已经得到了成熟和广泛的应用，近几年和未来几年在智能手机3D摄像头、汽车激光雷达等传感应用蕴藏着巨大的商机。远方信息的VCSEL测试设备已经成功进入哪些传感应用领域？主要客户有哪些？

杨雄：早期与我们沟通交流的大部分是研究机构和智能手机厂商。近年来随着技术的不断发展以及企业转型升级的需要，我们惊喜地发现原来在LED芯片和封装、手机及显示产业链、汽车产业链的客户也逐步涉足VCSEL领域。这些企业对我们比较熟悉，我们相互信任，这也为我们提供了更多的合作机会。

麦姆斯咨询：在3D传感应用的VCSEL测试方面，产业链对测试项目、测试标准是否已有统一认知或者达成共识？请谈谈您的理解和看法。

杨雄：目前确实还没有专门针对3D传感应用的VCSEL测量标准发布，但也不能就此下“完全没有标准”的结论。实际上VCSEL作为一种半导体发光器件，它和激光、LED等半导体器件还是有一定共性特点的，有些IEC、ISO以及国内标准还是可以直接采用或者参照的。比如，采用IEC 60825.1-2014对VCSEL的辐射安全进行测量和评价。而对于辐射功率、LIV曲线等常规量值，可以参考现有的光学和电学测量方法以及量值溯源，只要方法得当、仪器测量精度满足，是可以得到高置信度的测量结果。从我们前期比对测试数据来看，我们VTS测量得到的辐射功率值与国际主流大厂标准值相比较可以吻合；VGS测量得到的光分布角度值的数据也非常一致。

当然想要在产业内实现可对比可追溯的测量，光靠某几个厂家的默契是远远不够的，还是需要制定相关标准进行严格规定。特别是考虑到VCSEL的供电和光型越来越丰富，标准化工作也十分迫切。如果行业需要，远方信息也愿意在此方面多做一些贡献。

麦姆斯咨询：就3D传感应用的VCSEL测试业务，国内的VCSEL测试设备与国外相比是否存在差距？如有，请谈谈主要差距及原因。

杨雄：在VCSEL检测设备行业，国内测试设备和测试技术都有较为完善的基础，整体的测试设备与国外差距并不大。主要差距体现在国内大部分检测设备厂商均为集成商，自身无核心的电及光辐射技术，采用多台单机设备“拼装组合”而成。这些集成厂商对于系统的整个量传溯源体系缺乏经验和有效的手段，导致客户在使用这种设备时对数据的准确度存在疑问。远方信息自成立之初从事光辐射研究已经近20年，积累了大量的光辐射检测方面的经验。在检测标准、原理方法、量值溯源、仪器性能等多方面入手，又和半导体厂商一直密切合作，建立了200~2500nm光辐射检测的有效评价手段及量传精度保证体系，测试准确度更有保证，且所有设备均为远方信息自行研发制造，系统的兼容性和可靠性更好，服务也更便捷。

延伸阅读：

《激光雷达产业及核心元器件-2020版》

《飞行时间（ToF）传感器技术及应用-2020版》