|《Nature》：新方法加快远程相干激光雷达的速度
北京联盟_原题是：《Nature》：新方法加快远程相干激光雷达的速度
光探测和测距(LiDAR)包括一系列使用激光的技术 ， 通过将发射和接收的光信号之间的时间延迟乘以光速来测量距离 。现代三维LiDAR传感器结合了高的横向/垂直和径向分辨率 ， 是目前4级和5级自驾车汽车发展中的关键部件 。
3-D LiDAR传感的突出地位源于2007年DARPA的自主驾驶挑战赛 ， 推出了第一款Velodyne旋转激光阵列传感器 ， 测量的激光线并联高达128条 。大多数现代LiDAR传感器依靠飞行时间工作原理 ， 即从传感器孔径发射出短脉冲或脉冲模式 ， 并利用方格律光电探测器检测回反射光的功率 。
另一个不同的原理是相干激光测距 ， 最重要的是频率调制连续波（FMCW）LiDAR ， 其中将激光设置为发射线性光学频率线性调频 。返回与发出的激光的副本混合将目标距离映射到频率 。
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相干探测具有许多固有的优势 ， 如增强的距离分辨率、通过多普勒效应直接探测速度、不受阳光眩光和干扰等 。但迄今为止 ， 精确控制窄线宽频相干激光器的技术复杂性 ， 阻碍了FMCW LiDAR的成功并行化 。
现在 ， 洛桑联邦理工学院（EPFL）的Tobias Kippenberg实验室的研究人员通过使用集成的非线性光子电路找到了一种新的方法来实现FMCW LiDAR的并行化 。他们将单个FMCW激光器耦合到氮化硅平面微谐振器中 ， 由于色散、非线性、空腔泵浦和损耗的双重平衡 ， 连续波激光光被转化为稳定的光脉冲序列 。
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该研究结果已发表在《Nature》杂志上 。
"令人惊讶的是 ， 当泵浦激光器发出调频声时 ， 形成的耗散Kerr soliton不仅持续存在 ， 而且将调频声完整地转移到所有产生的梳齿上 。"Kippenberg实验室的博士后、该研究的第一作者Johann Riemensberger说 。
微共振器的小尺寸意味着梳子齿的间距为100GHz ， 这足以让它们使用标准的衍射光学技术将它们分开 。由于每个梳齿都继承了泵浦激光器的线性调频 ， 因此在微电子共振器中可以创建多达30个独立的FMCW LiDAR通道 。
每个通道都能够同时测量目标的距离和速度 ， 而不同通道的光谱分离使得该设备不受通道串扰的影响 ， 同时也是与最近部署的基于光子集成光栅发射器的光学相控阵的共同集成的天然契合 。
发射光束的空间分离和在1550 nm波长波段内的操作放宽了对眼睛和相机安全的限制 。"EPFL这里开发的技术可以在不久的将来将相干FMCW LiDAR的采集率提高10倍 ， "Kippenberg实验室的博士生Anton Lukashchuk说 。
该概念依赖于在平面非线性波导平台中的高质量氮化硅微电感器 ， 在平面非线性波导平台中具有创纪录的低损耗 ， 这些微电感器是在EPFL的微纳米技术中心（CMi）生产的 。氮化硅微电阻器已由EPFL的附属公司LiGENTEC SA公司生产 ， 该公司专门制造以氮化硅为基础的光子集成电路(PIC) 。
这项工作为未来相干LiDAR在自主车辆中的广泛应用铺平了道路 。目前 ， 研究人员正致力于将激光器、低损耗非线性微电抗器和光敏二极管在单个紧凑的光子封装中进行异质共集成 。
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