洛桑联邦理工学院 激光雷达波图解
荣誉:约翰·里门伯格(EPFL) 光探测和测距(LiDAR)包括一系列技术，这些技术使用激光通过将发送和接收的光信号之间的时间延迟乘以光速来测量距离
现代三维激光雷达传感器结合了高横向/纵向和径向分辨率，是4级和5级自动驾驶汽车不断发展的关键组成部分
三维激光雷达传感的突出源于2007年美国国防高级研究计划局的自主驾驶挑战，首次引入了平行测量多达128条激光线的威力登旋转激光阵列传感器
大多数现代激光雷达传感器依赖于飞行时间操作原理，其中短脉冲或脉冲模式从传感器孔径发射，并且使用平方律光电探测器检测反向反射光的功率
一种不同的原理是相干激光测距，最重要的是调频连续波激光雷达，其中激光被设置为发射线性光频率啁啾
外差混合与发射激光的复制品将目标距离映射到射频
相干检测具有许多固有的优点，例如增强的距离分辨率、通过多普勒效应的直接速度检测以及对阳光眩光和干扰的不可见性
但是精确控制窄线宽频率捷变激光器的技术复杂性迄今为止阻碍了FMCW激光雷达的成功并行化
现在，EPFL托拜厄斯·基彭伯格实验室的研究人员发现了一种新的方法，通过使用集成的非线性光子电路来实现并行的调频连续波激光雷达引擎
他们将单个调频连续波激光器耦合到氮化硅平面微谐振器中，由于色散、非线性、腔泵浦和损耗的双重平衡，连续波激光被转换成稳定的光脉冲序列
这项研究发表在《自然》杂志上
“令人惊讶的是，耗散克尔孤子的形成不仅在泵浦激光啁啾时持续存在，而且将啁啾忠实地传递给所有产生的梳齿，”约翰·里曼伯格说，他是基普彭伯格实验室的博士后，也是这项研究的第一作者
微型谐振器的小尺寸意味着梳齿间隔100千兆赫，这足以使用标准衍射光学器件将它们分开
因为每个梳齿继承了泵浦激光器的线性啁啾，所以可以在微谐振器中创建多达30个独立的调频连续波激光雷达通道
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设备不受通道串扰的影响，并且非常适合与最近部署的基于光子集成光栅发射器的光学相控阵进行共集成
发射光束的空间分离和在1550纳米波段的操作放松了严格的眼睛和照相机安全限制
“在EPFL这里开发的技术可以在不久的将来将相干调频连续波激光雷达的捕获率提高十倍，”安东·卢卡舒克博士说
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基彭伯格实验室的学生
这个概念依赖于高质量的氮化硅微型谐振器，在平面非线性波导平台中具有创纪录的低损耗，它是在EPFL的微纳技术中心(CMi)生产的
氮化硅微谐振器已经由EPFL子公司利根泰克股份有限公司商业化生产，该公司专门制造基于氮化硅的光子集成电路
这项工作为相干激光雷达在未来自主飞行器中的广泛应用铺平了道路
研究人员现在正致力于将激光器、低损耗非线性微谐振器和光电探测器集成在一个紧凑的光子封装中
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