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瑞士科學家開發出FMCW激光雷達并行測量的新技術

放大字體  縮小字體 發布日期:2020-05-26  來源:麥姆斯咨詢殷飛  瀏覽次數:247
核心提示:激光雷達點云(圖片來源:洛桑聯邦理工學院)激光雷達是以發射激光束探測目標的位置、速度等特征量的雷達系統。從工作原理上講,
 

激光雷達點云(圖片來源:洛桑聯邦理工學院)


激光雷達是以發射激光束探測目標的位置、速度等特征量的雷達系統。從工作原理上講,與微波雷達沒有根本的區別:向目標發射探測信號(激光束),然后將接收到的從目標反射回來的信號(目標回波)與發射信號進行比較,作適當處理后,就可獲得目標的有關信息,如目標距離、方位、高度、速度、姿態、甚至形狀等參數,從而對飛機、導彈等目標進行探測、跟蹤和識別。

 

據相關機構的數據顯示,全球激光雷達市場在2019年的規模為8.44億美元,但在2024年將增至22.73億美元,年復合增長率將高達18.5%

 

目前,洛桑聯邦理工學院(EPFL)Tobias Kippenberg教授的研究團隊找到了一種利用集成的非線性光子電路來實現調頻連續波(FMCW)激光雷達并行測量的新方法。該方法將一單頻連續激光耦合進氮化硅平面微腔中,在色散、非線性、腔泵浦和損耗的共同作用下,連續激光被轉換為穩定的光脈沖序列。該項研究成果已發表在《自然》雜志上。

 

該項研究的第一作者Johann Riemensberger(博士后)說“令人驚訝的是,形成的耗散克爾孤子不僅在泵浦激光是啁啾時持續存在,而且還能將啁啾不失真地傳遞到所有產生的光梳齒上。”

 

小尺寸微腔使得所產生的光梳齒間頻率間隔為100 吉赫茲,足以使用標準衍射光學器件將其分開。由于每個梳齒繼承了泵浦激光的線性啁啾特性,因此,該技術有可能在微腔中創建多達30個獨立的調頻連續波(FMCW)激光雷達通道。

 

每個通道都能夠同時測量目標物的距離和移動速度,而不同通道的光譜分離使得該器件各通道間無串擾。同時,該器件可與基于光子集成光柵發射器的光學相控陣進行集成。

 

該器件發射光束可以空間分離,且運行在1550納米光波段內,可放寬人眼和相機對其的安全限制。研究團隊中的博士研究生Anton Lukashchuk說:“在不久的將來,洛桑聯邦理工學院(EPFL)所開發的技術可以將相干調頻連續波(FMCW)激光雷達的采樣率提高10倍。”

 

調頻連續波(FMCW)激光雷達的原理則不同,它利用了相干激光測距原理。對激光器進行頻率調制產生線性頻率啁啾,再基于混合外差法將目標距離轉換為射頻頻率。

 

該技術概念依賴于高質量的氮化硅微腔,該微腔是由洛桑聯邦理工學院(EPFL)的微納技術中心(CMi)制作的,具有超低損耗特性。洛桑聯邦理工學院(EPFL)孵化的LiGENTEC SA公司專門從事基于氮化硅的光子集成電路(PIC)的制造,現在可以通過該公司進行氮化硅微腔的訂購。

 

該項研究工作為相干激光雷達在未來自動駕駛汽車中的廣泛應用鋪平了道路。現在,研究人員致力于將激光器、低損耗非線性微腔和光電探測器進行片上集成。


 
 
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