激光雷達(dá)（LiDAR）是通過(guò)發(fā)射激光，計(jì)算發(fā)射和接收光信號(hào)之間的時(shí)間延遲乘以光速來(lái)實(shí)現(xiàn)距離測(cè)量?，F(xiàn)代3D激光雷達(dá)（LiDAR）傳感器擁有較高的水平分辨率、垂直分辨率和徑向分辨率，是4級(jí)（level 4）和5級(jí)（level 5）自動(dòng)駕駛汽車持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵組件。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，3D激光雷達(dá)傳感技術(shù)在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的應(yīng)用起源于2007年美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究項(xiàng)目署（DARPA）自動(dòng)駕駛挑戰(zhàn)賽，當(dāng)時(shí)首次采用Velodyne的128線機(jī)械旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)。大多數(shù)現(xiàn)代激光雷達(dá)傳感器都采用脈沖式飛行時(shí)間法（ToF）的原理。脈沖式ToF激光雷達(dá)的原理是通過(guò)傳感器孔徑發(fā)射出短脈沖或脈沖模式的激光，并使用平方律光電探測(cè)器探測(cè)返回的光功率，從而計(jì)算出距離。

相干激光測(cè)距的原理則與脈沖式激光測(cè)距不同，最典型的是調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）激光雷達(dá)。FMCW激光雷達(dá)對(duì)發(fā)射激光進(jìn)行線性光學(xué)頻率啁啾調(diào)制，并與發(fā)射激光的“復(fù)制品”混合形成外差，從而將目標(biāo)距離轉(zhuǎn)換為無(wú)線射頻。

相干探測(cè)具有許多固有的優(yōu)勢(shì)，例如增強(qiáng)的距離分辨率，利用多普勒效應(yīng)直接進(jìn)行速度檢測(cè)，避免了太陽(yáng)光眩光和干擾。但是，迄今為止，精確控制線性調(diào)頻窄線寬激光的技術(shù)非常復(fù)雜，這成為FMCW激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)并行測(cè)量的主要障礙。

如今，洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）的Tobias Kippenberg實(shí)驗(yàn)室的研究人員找到了一種通過(guò)使用集成非線性光子電路來(lái)實(shí)現(xiàn)并行FMCW激光雷達(dá)引擎的新方法。他們將單個(gè)FMCW激光器耦合到氮化硅平面微型諧振器中，由于色散、非線性、腔體泵浦和損耗的雙重平衡，連續(xù)波激光被轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的光脈沖序列。

該研究已發(fā)表在《自然》（Nature）雜志上。

“令人驚訝的是，形成的耗散克爾光孤子不僅在泵浦激光被啁啾調(diào)制時(shí)持續(xù)存在，而且還將啁啾激光不失真地傳遞給所有產(chǎn)生的梳齒，”Kippenberg實(shí)驗(yàn)室的博士后、該研究的第一作者Johann Riemensberger說(shuō)。

該款微諧振器的小尺寸意味著其梳齒間距為100 GHz，這足以用標(biāo)準(zhǔn)的衍射光學(xué)元件分離它們。由于每個(gè)梳齒都獲得了泵浦激光的線性啁啾，因此可以在微諧振腔中創(chuàng)建多達(dá)30個(gè)獨(dú)立的FMCW激光雷達(dá)通道。

每個(gè)通道可同時(shí)測(cè)量目標(biāo)的距離和速度，而不同通道的光譜分離使器件不受通道串?dāng)_，并可與最新基于光子集成光柵發(fā)射器的光學(xué)相控陣完美集成。

該器件的發(fā)射光束可以進(jìn)行空間分離，且工作波段為1550 nm，能滿足人眼安全要求，并不受攝像頭的安全性限制。Kippenberg實(shí)驗(yàn)室的博士生Anton Lukashchuk說(shuō)：“在不久的將來(lái)，EPFL開(kāi)發(fā)的技術(shù)可將FMCW激光雷達(dá)的采樣率提高10倍?！?br />
這一概念依賴于平面非線性波導(dǎo)平臺(tái)中歷史最低損耗的高質(zhì)量氮化硅微諧振器，由EPFL的微納米技術(shù)中心（CMi）生產(chǎn)。這種氮化硅微諧振器已經(jīng)由EPFL拆分出來(lái)的LiGENTEC SA公司投入市場(chǎng)，該公司專注于基于氮化硅的光子集成電路（PIC）制造。

該研究為相干激光雷達(dá)在未來(lái)自動(dòng)駕駛車輛中的廣泛應(yīng)用鋪平了道路。目前，研究人員正致力于將異構(gòu)集成激光器、低損耗非線性微諧振器和光電探測(cè)器集成到單個(gè)緊湊的光學(xué)封裝體中。