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集成光学相控阵技术助推纯固态激光雷达降低成本和尺寸-中电科技集团重庆声光电有限公司

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集成光学相控阵技术助推纯固态激光雷达降低成本和尺寸

来源:     作者:信息发布人员     发布时间:2021年04月26日     浏览次数:         

  法国原子能委员会电子与信息技术实验室(CEA-Leti)开发了一种用于校准高通道数光学相控阵(OPA)的遗传算法,以降低激光雷达(LiDAR)传感器的成本和尺寸。CEA-Leti表示,采用固态光束控制的OPA可以降低激光雷达系统的成本和尺寸。

  OPA是一种新兴的激光雷达扫描技术,由间距很近(约1µm)的光学天线阵列构成,在较宽的角度范围内发射相干光。然后可以通过调整每个天线发射光的相对相位来改变所产生的干涉图纹。如果天线之间的相位梯度是线性的,则将形成定向波束。通过改变线性梯度的斜率,就可以控制光束的方向,从而实现固态光束控制。

  片上光学天线消除数据限制

  CEA-Leti研究人员Sylvain Guerber说:“激光雷达的广泛应用取决于较低的系统成本和较小的外形尺寸。高性能OPA的开发,将为自动驾驶车辆、全息显示、生物医学成像和许多其他应用的低成本激光雷达系统铺平道路。”

  在100m的距离分辨一个10cm的物体,需要至少1000个天线(每个天线间隔1 µm)组成电路的工作波长为1µm的OPA。因此,研制高通道数的OPA对于商业化基于OPA的激光雷达系统非常重要。

  与当前激光雷达中使用的笨重、高功耗且昂贵的机械式光束控制系统相比,使用OPA可以提高扫描速度、功率效率以及分辨率。基于OPA的激光雷达系统的另一个特点是它们没有运动部件,通过对天线进行相位调谐可以实现固态波束控制,因此大大降低了激光雷达系统的尺寸和成本。

  研究人员还开发了一种先进的测试装置,能够实现晶圆级OPA表征,从而进一步降低传感器的成本。Guerber说,利用成熟的硅光子学平台优势,可以生产出具有固态光束控制的集成芯片级OPA。然而,这仅仅是实现全功能OPA的第一步,因为波束扫描还需要进行预先校准。

  大量的光学天线意味着校准过程需要花费大量的时间,不利于一项技术的大规模部署。为此,CEA-Leti开发了一种遗传算法来对高通道数OPA进行快速、可靠的校准。与以前使用的算法相比,这种算法使校准速度提高了1000倍。

  不过,Guerber表示,OPA的真正应用可能还需要几年的时间。Guerber 解释称:“目前仍存在很多挑战,特别是在系统层面。激光雷达由许多元件组成,包括激光器、驱动器、OPA光束转向系统、探测器和数据处理等。所有这些都必须协同工作,OPA只是系统的一部分。”

  (摘编自“麦姆斯咨询”)