瑞士使用集成非线性光子电路部署并行FMCW激光雷达引擎 提高捕获率

激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统，现代3D激光雷达传感器结合了高横向/纵向和径向分辨率，是L4和L5自动驾驶汽车的关键部件。

（图片来源：瑞士洛桑联邦理工学院）

大多数现代激光雷达传感器依赖飞行时间工作原理，即短脉冲或脉冲模式从传感器孔径发射，并使用平方律光电探测器探测后向反射光的能量。另一原理是相干激光测距，最典型的就是调频连续波（FMCW）激光雷达，其中激光发射线性光频啁啾。相干测距具有增强距离分辨率、利用多普勒效应直接检测速度、不受太阳光眩光和干扰等优点。但是，目前精确控制窄线宽频率捷变激光的技术非常复杂，阻碍了FMCW激光雷达的成功并行。

据外媒报道，瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）Tobias Kippenberg实验室研究人员找到了一种新方法，使用集成非线性光子电路来部署并行FMCW激光雷达引擎。研究人员将单个FMCW激光器耦合到一个氮化硅平面微谐振腔中，连续波激光由于色散、非线性、空腔抽运和损耗的双重平衡而转换成稳定的光脉冲串。

Kippenberg实验室博士后、该项研究的第一作者Johann Riemensberger表示，“令人惊讶的是，耗散克尔孤子的形成不仅在泵浦激光发生啁啾时持续存在，而且还将啁啾传输到所有生成生的梳状齿中。”

该小尺寸微谐振器的梳齿间距为100 GHz，使用标准的衍射光学元件足以分离它们。由于每个梳齿都具有泵浦激光的线性啁啾，因此可以在微谐振腔中创建多达30个独立的FMCW激光雷达通道。此外，每个通道可同时测量目标的距离和速度。同时，不同通道的光谱分离使设备不受通道串扰，并可与最新部署的基于光子集成光栅发射器的光学相控阵完美集成。

此款微谐振器可实现发射光束空间分离，并且工作在1550毫米波波段，从而降低了严格的人眼和摄像头安全限制。Kippenberg实验室博士生Anton Lukashchuk称，“EPFL开发的技术可以在不久的将来将FMCW相干激光雷达的捕获率提高10倍。”

该高质量氮化硅微谐振器由EPFL微纳米技术中心（CMi）生产，并已由EPFL附属LiGENTEC SA公司投入市场。该项研究为相干激光雷达在自动驾驶车辆中的广泛应用奠定了基础。目前，研究人员正致力于将激光、低损耗非线性微谐振器和光电探测器集成到单一、紧凑的光子封装中。