【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】激光雷達(dá)是以發(fā)射激光束探測(cè)目標(biāo)的位置、速度等特征量的雷達(dá)系統(tǒng)。從工作原理上講，與微波雷達(dá)沒(méi)有根本的區(qū)別：向目標(biāo)發(fā)射探測(cè)信號(hào)(激光束),然后將接收到的從目標(biāo)反射回來(lái)的信號(hào)(目標(biāo)回波)與發(fā)射信號(hào)進(jìn)行比較，作適當(dāng)處理后,就可獲得目標(biāo)的有關(guān)信息，如目標(biāo)距離、方位、高度、速度、姿態(tài)、甚至形狀等參數(shù)，從而對(duì)飛機(jī)、導(dǎo)彈等目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)、跟蹤和識(shí)別。
 

　　據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)顯示，全球激光雷達(dá)市場(chǎng)在2019年的規(guī)模為8.44億美元，但在2024年將增至22.73億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率將高達(dá)18.5%。
 

　　目前，洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院(EPFL)的Tobias Kippenberg教授的研究團(tuán)隊(duì)找到了一種利用集成的非線性光子電路來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)激光雷達(dá)并行測(cè)量的新方法。該方法將一單頻連續(xù)激光耦合進(jìn)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(xù)激光被轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的光脈沖序列。該項(xiàng)研究成果已發(fā)表在《自然》雜志上。
 

　　該項(xiàng)研究的第一作者Johann Riemensberger(博士后)說(shuō)“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(shí)持續(xù)存在，而且還能將啁啾不失真地傳遞到所有產(chǎn)生的光梳齒上。”
 

　　小尺寸微腔使得所產(chǎn)生的光梳齒間頻率間隔為100 吉赫茲，足以使用標(biāo)準(zhǔn)衍射光學(xué)器件將其分開(kāi)。由于每個(gè)梳齒繼承了泵浦激光的線性啁啾特性，因此，該技術(shù)有可能在微腔中創(chuàng)建多達(dá)30個(gè)獨(dú)立的調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)激光雷達(dá)通道。
 

　　每個(gè)通道都能夠同時(shí)測(cè)量目標(biāo)物的距離和移動(dòng)速度，而不同通道的光譜分離使得該器件各通道間無(wú)串?dāng)_。同時(shí)，該器件可與基于光子集成光柵發(fā)射器的光學(xué)相控陣進(jìn)行集成。
 

　　該器件發(fā)射光束可以空間分離，且運(yùn)行在1550納米光波段內(nèi)，可放寬人眼和相機(jī)對(duì)其的安全限制。研究團(tuán)隊(duì)中的博士研究生Anton Lukashchuk說(shuō)：“在不久的將來(lái)，洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院(EPFL)所開(kāi)發(fā)的技術(shù)可以將相干調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)激光雷達(dá)的采樣率提高10倍。”
 

　　調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)激光雷達(dá)的原理則不同，它利用了相干激光測(cè)距原理。對(duì)激光器進(jìn)行頻率調(diào)制產(chǎn)生線性頻率啁啾，再基于混合外差法將目標(biāo)距離轉(zhuǎn)換為射頻頻率。
 

　　該技術(shù)概念依賴于高質(zhì)量的氮化硅微腔，該微腔是由洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院(EPFL)的微納技術(shù)中心(CMi)制作的，具有超低損耗特性。洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院(EPFL)孵化的LiGENTEC SA公司專(zhuān)門(mén)從事基于氮化硅的光子集成電路(PIC)的制造，現(xiàn)在可以通過(guò)該公司進(jìn)行氮化硅微腔的訂購(gòu)。
 

　　該項(xiàng)研究工作為相干激光雷達(dá)在未來(lái)自動(dòng)駕駛汽車(chē)中的廣泛應(yīng)用鋪平了道路。現(xiàn)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(cè)器進(jìn)行片上集成。