美提出激光雷达片上声光调制方案 帮助自动驾驶汽车扫描快速移动的物体

由于激光雷达对物体的感知能力有限，自动驾驶汽车很难区别蹒跚学步的孩子和突然出现在视野中的棕色包。为了解决这一问题，自动驾驶汽车行业正在探索调频连续波（FMCW）激光雷达。

（图片来源：普渡大学）

据外媒报道，来自普渡大学OxideMEMS实验室和瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）光子学和量子测量实验室（Laboratory of Photonics and Quantum Measurements）的开发了一种方法，通过机械控制和进行片上声光调制，使FMCW激光雷达能以更高的分辨率检测附近快速移动的物体。

FMCW激光雷达通过自动驾驶汽车顶部的激光扫描来检测目标。单束激光分裂成其他波长的梳状结构（微梳状结构）来扫描某个区域。光从物体上反射，通过光频隔离器或循环器进入探测器。

研究人员利用声波使这些组件更快地调谐，从而提高FMCW激光雷达对附近物体进行检测的分辨率。这项技术使用由氮化铝制成的微机电系统（MEMS）致动器，以兆赫到千兆赫的高频率调制微梳。此外，还使用同样用于手机识别蜂窝波段的相控MEMS致动器，通过向硅芯片发射螺旋状的应力波，以千兆赫频率振动光。普渡大学电子和计算机工程教授Sunil Bhave称，“这种搅动会调节光线，使其只能朝一个方向运动。”

普渡大学电子与计算机工程专业的博士研究生Hao Tian制造了该MEMS致动器。他将致动器与EPFL开发的氮化硅光子片集成在一起。Tian解释道，“大量声波的紧密垂直约束防止串扰，并允许执行器安装在附近位置。”该项技术采用的其他换能器激发声波，以兆赫频率震动芯片，展示对激光脉冲微梳或孤子的亚微秒控制和调谐。

研究人员表示，这种光调制技术不仅将力学和光学结合在一起，还将涉及到的制造过程结合在一起，使该项技术在商业上的可行性更高。MEMS致动器的制造以氮化硅光子学晶片为基础，制造过程十分简单。

EPFL物理学教授Tobias Kippenberg表示，“我们已经证明，混合系统比单个系统具有更多优势和功能。”研究人员表示，这项新技术将推动微梳应用在功率关键系统（如空间、数据中心和便携式原子钟），或低温环境等极端环境中的应用。