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指甲盖大小的硅光子芯片激光雷达!清华特奖得主成果登上Natu

作者: 火狐体育官方首页 来源:火狐体育官网登录 | 发布日期:2022-06-26 14:12:14

  原标题:指甲盖大小的硅光子芯片激光雷达!清华特奖得主成果,登上Nature  没错,体积几乎可以不计,只算面积,因为这是一款基于硅光子芯片的激光雷达。  这意味着,如果实现量产,自动驾驶将摆脱镶嵌

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聚氨酯流量计

  原标题:指甲盖大小的硅光子芯片激光雷达!清华特奖得主成果,登上Nature

  没错,体积几乎可以不计,只算面积,因为这是一款基于硅光子芯片的激光雷达。

  这意味着,如果实现量产,自动驾驶将摆脱镶嵌或外挂,直接将激光雷达隐藏进车身。

  更重要的,这种集成在光子芯片上的激光雷达,能耗、效率、集成度与传统激光雷达相比,理论上能有3-4数量级的提升。

  这项成果来自伯克利电子计算机系,并发表在Nature,共同一作张晓声,还是2017级清华大学特奖获得者。

  这组实验中,演示了一个最高具有128 × 128硅光子的MEMS FPSA(基于微机电系统的焦平面开关阵列),也就是说,这个设备将激光束随机引导到视场范围内中的16384个不同的点,而且切换时间为微秒级别。

  把交通标志常用材料制成的“CAL”字样的3D目标,放置在距离雷达0.8m远处,返回的雷达点云图中可以清楚看出目标的形状、尺寸、景深特征。

  另一组实验,把目标分别移到5.2m、10m的距离,激光雷达点云图依然能探测到物体信息。

  光子芯片激光雷达的视场范围达到70°×70°,最高角分辨率为0.6° × 0.6°,和32线传统激光雷达相当。

  成像仍然是2D平面,并且有效探测范围在10m左右,小于目前车规级激光雷达200m的范围。

  但在两组实验中,这种激光雷达的发射功率分别为1mW和2mW*(连续波功率)*。

  作为对比,一个2代机械式32线w是指额定功率还是峰值功率,至少也比硅光子芯片激光雷达高数千至10000倍。

  所以,这种激光雷达就算是通过提高功率达到百米级有效探测距离,能耗依然会比传统激光雷达小得多。

  是什么。电子是费米子,是有质量的物质,所以在传输信号时会因为质量的惯性产生较多的能量损耗,但光是玻色子,是物质之间的相互作用力,静止质量为零,传输信号时能量损耗小。

  所以与电子相比,光子作为信息载体具有先天的优势:超高速度(数十TB/s)、超强的并行性(信息容量比电子高3-5个数量级)、超高带宽、超低能耗。

  至于光子芯片的本质,就是在硅基底片上集成大量的光运算逻辑门,基础构成依然是“或”、“与”、“非”…

  ,实现对激光的人为控制,这才将一个传统意义上需要复杂机械、光学结构的激光雷达集成在一个1厘米见方的硅基底片上。

  由于光子开关需要的能量很少,并且不会产生任何热量,所以它们不会面临电气开关那样的极限。

  FPSA中,光束穿过纵横交错的纳米薄度的沟道阵列,然后到达某个光开关,开关关闭时,光线直接穿过沟道。打开开关,会降低一个小斜坡,把光引导到上面的沟道,然后右再转,使用第二个斜坡将光线降低回来。

  这样的方法与传统透镜式光开关相比,几乎不会产生剧烈的反射折射,最大程度保存光束携带的信息。

  而控制进入FPSA光束,则是通过静电作用来物理移动MEMS(微机电系统)执行器实现。

  由于实验中所用的激光雷达上的FPSA集成了128*128的开关阵列,所以可以实现对两个维度各128条光束的自动控制。

  如果激光雷达尺寸足够小,它就可以隐藏在汽车的每个角落,甚至可以安装在汽车内部。

  ,曾经介绍过激光雷达技术未来走向。他们认为,市场对激光雷达产品的测远能力以及点频的要求在不断提升,但由于受到激光安全阈值的限制以及产品功耗与发热的限制,目前已经很难通过简单堆砌通道数目去满足这个需求。

  不过,对于这个“芯片化”,是把激光雷达收发单元全都集成在一块SoC上,还是把传统激光雷达后端功能模块做集成,禾赛也没有定论。

  所以现在很多相关公司的路线都是聚焦固态激光雷达,而一些有实力有资金的公司,会同时在光子芯片路线做部署规划。

  如果能够实现,那么就可以运用到汽车以外更广泛的应用领域,比如机器人、工程测距、地形测绘等等领域。

  ,2021年刚在加州大学伯克利分校电子计算机系取得博士学位,研究方向是激光雷达、硅光子学、光学 MEMS 器件。张晓声本科就读于清华大学精密仪器系,长期保持专业第一的优异成绩。2016年,他获得了清华授予在校学生的最高荣誉:

  。张晓声博士向我们透露,目前团队正在计划将硅光子芯片激光雷达商业化,他本人毕业后也会留在当前团队继续研究。

  ,IEEE Fellow,加州大学伯克利分校电子计算机系特聘教授,是硅光子学领域的著名学者,也是最早把Optoelectronic Tweezers技术商业化的人,公司已经在纳斯达克上市。