加速远距离相干激光雷达

时间:2020-05-25 18:55 来源:seo 作者:小可爱科技知识网 点击量:

加速远距离相干激光雷达

光探测和测距(激光雷达)包括一系列使用激光测量距离的技术,以光速乘以传输和接收光信号之间的时间延迟。现代3-D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级自动驾驶汽车的关键部件。

3-D激光雷达传感的突出地位源于2007年DARPA的自主驾驶挑战赛,该挑战赛引入了第一台Velodyne旋转激光阵列传感器,可测量多达128条平行激光线。大多数现代激光雷达传感器依赖于飞行时间工作原理,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检测反反射光的功率。

另一个不同的原理是相干激光测距,最重要的是调频连续波(FMCW)激光雷达,其中激光发射线性光频啁啾。与发射激光的复制品混合的外差将目标距离映射到射频。

相干检测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内在优点。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的Tobias Kippenberg实验室的研究人员已经找到了一种新的方法来实现一个并行的FMCW激光雷达引擎,方法是使用集成的非线性光子电路。他们将单个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。

这项研究已经发表在《自然》杂志上。

“令人惊讶的是,耗散的克尔孤子的形成不仅在泵浦激光发出啁啾时持续存在,而且还将啁啾忠实地传递到所有产生的梳状齿中,”基彭伯格实验室的博士后、该研究的第一作者约翰·里门斯伯格(Johann Riemensberger)说。

微谐振器的小尺寸意味着梳齿间距为100 GHz,这足以用标准的衍射光学分离它们。由于每个梳齿都继承了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。

每个通道可同时测量目标的距离和速度,而不同的光谱分离通道使设备不受通道串扰,以及适合协整与最近部署基于光子集成光光栅光学相控阵发射器。

发射光束的空间分离和1550毫米波波段的操作放松了严格的眼睛和相机的安全限制。Kippenberg实验室的博士生Anton Lukashchuk说:“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。”

这一概念依赖于高质量的氮化硅微谐振器,在平面非线性波导平台中具有创纪录的低损耗,由EPFL的微纳米技术中心(CMi)生产。这种氮化硅微谐振器已经由EPFL公司的LiGENTEC SA公司投入市场,该公司专门制造氮化硅基的光子集成电路(PIC)。

该工作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,研究人员主要集中在激光、低损耗非线性微谐振器和光探测器在单一、紧凑的光子包中的非均匀协整。

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