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可用于自动驾驶、智能手机的可扩展激光雷达成像系统

发布:bianxl    |    2020-07-30 22:38    阅读:404
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可用于自动驾驶、智能手机的可扩展激光雷达成像系统

科罗拉多大学博尔德分校的研究人员开发了一种内嵌蛇形光学相控阵(serpentine optical phased array, SOPA)的芯片,可以提高激光雷达系统的分辨率和扫描速度,同时减少激光雷达体积。此芯片可应用于一系列场景中。该项研究成果发表在Optica上(www.doi.org/10.1364/OPTICA.389006)。

蛇形光学相控阵由一组低损耗的波导光栅组成,支持被动式、二维、根据波长控制的波束偏转。通过改变波长来控制光束偏转,可同时控制多个相控阵以获得更大孔径、更高分辨率的图像。相控阵列中紧密排列着波束偏转控制光栅,无需主动控制;空间高效的设计使蛇形光学相控阵可以扩展到很大孔径。

图1 图中为带有蛇形光学相控阵列的芯片。8×4的阵列中共32个栅格,每个的光栅设计略有不同;此处展示的是一定观察角度下两对匹配栅格所发出的光。叠加区域的干涉纹样是两个栅格的光束所形成的远场干涉。Bohan Zhang,Nathan Dostart供图。

“我们已经想出了将这种阵列嵌入微型芯片的方法。”开尔文·瓦格纳(Kelvin Wagner)教授说。

研究人员展示了一种使用1450到1650nm波长光束进行扫描的蛇形光学相控阵,紧凑的阵列中能够产生16500个可寻址点。他们同时演示了通过两个单独光学相控阵发出的光束远场干涉,在同一块硅光子芯片上进行阵列排列的方法。

研究人员认为,蛇形光学相控阵设计是一种颇有前景的方案,可用于诸如远距离集成激光雷达等场景中所需的操控简单、大面积的二维光柱偏转控制。

图2 波长控制的蛇形光学相控阵列光栅扫描图形。图中弯曲纹样可用于衡量波导系统色散大小。Nathan Dostart供图

无论是安装在自动驾驶汽车顶部进行导航,还是内嵌在手机或者AR游戏中,激光雷达都将在面向消费者和企业的新一代科技中发挥重要作用。“我们的想法是利用芯片实现可扩展激光雷达,目前只迈出了第一步。”内森·多斯特(Nathan Dostart)说。他将在美国宇航局弗吉尼亚兰利研究中心继续这项研究工作。

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