研究人员研发新型硅片 可提高激光雷达系统性能

无论是安装在自动驾驶汽车上，还是嵌入到最新的设备中，激光雷达系统都将在未来的技术中发挥重要作用。该系统使车辆能够实时了解周围环境，使手机能够绘制3D图像，并提升视频游戏中的增强现实效果。然而，这些3D成像系统体积庞大、价格昂贵，而且很难满足新兴应用的尺寸要求。

（图片来源：科罗拉多大学博尔德分校）

据外媒报道，为了解决这一挑战，科罗拉多大学博尔德分校（University of Colorado Boulder）的研究人员研发了一种没有运动部件或电子元件的新型硅片，可以提高激光雷达系统所需的分辨率和扫描速度。该项研究的第一作者Nathan Dostart表示，“我们希望用这种扁平的小芯片取代又大又笨重的激光雷达系统。”

目前的商用激光雷达系统使用大型旋转镜控制激光束，从而生成3D图像。在过去三年中，Dostart及其同事一直研究一种新的控制激光束的方法，此种方法称为波长控制，即激光的每个波长或颜色都指向一个独特的角度。

研究人员开发出了新的方法，不仅同时沿着两个维度（而不是一个维度），来生成3D图像。由于光束很容易通过改变颜色来控制，因此可以同时控制多个相控阵，以产生更大的孔径和更高分辨率的图像。该项研究的合著者Kelvin Wagner表示，“我们已经找到方法，将这种2D彩虹放入一个极小的芯片中。”

目前，自动驾驶汽车市值为500亿美元，预计到2026年将超过5000亿美元。虽然现在市面上的许多汽车已配备了一些自动辅助功能，如增强的巡航控制和自动车道保持，但真正的挑战是创造无需人工干预或驾驶员负责的自动驾驶汽车。在过去15年左右的时间里，创新者们已经意识到，要想制造出这种汽车，不仅需要摄像头和雷达，还需要激光雷达。

激光雷达是一种利用不可见光脉冲激光束来测量距离的遥感方法。激光光束会从其路径上的物体反射回来，传感器会收集这些反射信号，从而实时创建周围环境的精确3D图像。尽管激光雷达系统的尺寸已大幅减小，但该系统仍然是目前自动驾驶汽车中最昂贵的部件，平均每辆车的价格高达7万美元。

为了广泛用于消费市场，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，即使用硅芯片来处理光来实现这一目标。该研究小组的新发现是激光雷达系统硅芯片技术的一项重要进展。这些硅芯片越简单、体积越小，同时在成像上保持高分辨率和精度，就能应用到更多技术中，包括自动驾驶汽车和智能手机。Dostart还表示，“我们提出了一种利用芯片技术的可扩展的方法，但这仅仅是第一步，未来我们还有很长的路要走。”