科罗拉多大学博尔德分校凯尔西·辛普金斯 一种具有蛇形光学相控阵(SOPA)瓦片拼接阵列的硅芯片
8×4阵列中的32个瓦片具有稍微不同的光栅设计，这里显示了在这个视角下两个匹配的瓦片对“点亮”
重叠绘制的是来自两个匹配瓦片的光束和远场光束干涉图案，展示了瓦片式光束形成
功劳:章柏翰和内森·多斯特 无论是在自动驾驶汽车上还是嵌入在最新的小工具中，光探测和测距系统都可能在我们的技术未来发挥重要作用，使车辆能够实时“看到”，手机能够映射三维图像，并增强视频游戏中的增强现实
挑战:这些三维成像系统体积庞大，价格昂贵，很难缩小到这些新兴应用所需的尺寸
但是科罗拉多大学博尔德分校的研究人员离解决方案又近了一大步
在发表在Optica上的一篇新论文中，他们描述了一种新的硅芯片——没有移动部件或电子设备——它提高了激光雷达系统所需的分辨率和扫描速度
“我们希望用这种扁平的小芯片来理想地取代大而笨重的激光雷达系统，”这项研究的主要作者内森·多斯塔特说，他最近完成了电气和计算机工程系的博士学位
目前的商用激光雷达系统使用大型旋转反射镜来控制激光束，从而创建三维图像
在过去的三年里，杜斯塔特和他的同事一直在研究一种新的控制激光束的方法，称为波长控制——激光的每个波长或“颜色”都指向一个独特的角度
他们不仅开发了一种在两个维度上同时进行的方法，而不是只有一个维度，他们还使用颜色，使用“彩虹”模式拍摄三维图像
由于光束很容易通过简单地改变颜色来控制，所以可以同时控制多个相控阵来产生更大的孔径和更高分辨率的图像
这项新研究的合著者、电子和计算机工程教授开尔文·瓦格纳说:“我们已经找到了把这个二维彩虹放进一个小小芯片的方法。”
电气通信的结束 自动驾驶汽车目前是一个价值500亿美元的行业，预计到2026年价值将超过5000亿美元
虽然如今许多上路的汽车已经具备了一些自动辅助的要素，比如增强的巡航控制和自动车道居中，但真正的比赛是创造一款无需驾驶员输入或负责的自动驾驶汽车
在过去15年左右的时间里，创新者已经意识到，要做到这一点，汽车需要的不仅仅是相机和雷达——它们还需要激光雷达
波长控制硅光子光学相控阵寻址的光栅扫描模式
该图案的弯曲是片上波导系统中色散的指示器
功劳:内森·多斯特 激光雷达是一种遥感方法，它使用激光束(不可见光脉冲)来测量距离
这些光束从其路径上的所有物体上反射回来，一个传感器收集这些反射光，实时生成周围环境的精确三维图像
激光雷达就像有光的回声定位:它可以告诉你图像中每个像素有多远
它已经在卫星和飞机上使用了至少50年，用于进行大气传感和测量水体深度和地形高度
虽然激光雷达系统的规模已经取得了长足的进步，但它们仍然是迄今为止自动驾驶汽车中最昂贵的部分——每辆高达7万美元
为了有朝一日能在消费市场广泛应用，激光雷达必须变得更便宜、更小、更简单
一些公司正试图利用硅光子学来实现这一壮举:这是电子工程中一个新兴的领域，使用硅芯片来处理光
研究小组的新发现是用于激光雷达系统的硅芯片技术的重要进步
“电子通讯已经达到了它的绝对极限
合著者、波士顿大学工程学副教授米洛什·波波维奇说:“光学必须发挥作用，这就是为什么所有这些大公司都致力于使硅光子技术在工业上可行。”
这些硅芯片可以制造得越简单、越小——同时保持高分辨率和成像精度——它们可以应用的技术就越多，包括自动驾驶汽车和智能手机
有传言称，即将推出的iPhone 12将包含一个激光雷达相机，就像目前在iPad Pro中一样。
这项技术不仅可以提高面部识别的安全性，而且有朝一日还可以帮助制作攀登路线图，测量距离，甚至识别动物的足迹或植物
“我们提出了一种使用芯片技术的可扩展激光雷达方法
这是第一步，这种方法的第一个组成部分，”多斯特说，他将继续在弗吉尼亚州的美国宇航局兰利研究中心工作
“还有很长的路要走
"
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