不管是在自動(dòng)駕駛汽車(chē)上還是嵌入在最新的小工具中，光檢測(cè)和測(cè)距（激光雷達(dá)）系統(tǒng)都可能在我們的技術(shù)未來(lái)中發(fā)揮重要作用，使車(chē)輛能夠?qū)崟r(shí)“查看”手機(jī)地圖三維圖像并增強(qiáng)視頻游戲中的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)。但是目前面臨一些挑戰(zhàn)：這些3D成像系統(tǒng)可能體積龐大，昂貴且難以縮小到這些新興應(yīng)用所需的尺寸。
但是科羅拉多大學(xué)博爾德分校的研究人員離解決方案又邁出了一大步。在Optica上發(fā)表的一篇新論文中，他們描述了一種新的硅芯片-無(wú)活動(dòng)部件或電子設(shè)備-可以提高激光雷達(dá)系統(tǒng)所需的分辨率和掃描速度。
該研究的主要作者內(nèi)森·多斯達(dá)恩（Nathan Dostart）表示：“我們正在尋求用這種扁平的小芯片來(lái)理想地取代笨重的大型激光雷達(dá)系統(tǒng)。”
當(dāng)前的商用激光雷達(dá)系統(tǒng)使用大的旋轉(zhuǎn)鏡來(lái)操縱激光束，從而產(chǎn)生3D圖像。在過(guò)去的三年中，Dostart和他的同事一直在研究一種新的轉(zhuǎn)向激光束的方法，稱(chēng)為波長(zhǎng)轉(zhuǎn)向-該方法將激光的每個(gè)波長(zhǎng)或“顏色”都指向一個(gè)唯一的角度。
他們不僅開(kāi)發(fā)了一種同時(shí)沿兩個(gè)維度進(jìn)行此版本的方法，而且不僅開(kāi)發(fā)了一種方法，而且還使用“彩虹”圖案拍攝3D圖像，從而實(shí)現(xiàn)了彩色化。由于只需更改顏色即可輕松控制光束，因此可以同時(shí)控制多個(gè)相控陣以創(chuàng)建更大的光圈和更高分辨率的圖像。
這項(xiàng)新研究的合著者，電氣和計(jì)算機(jī)工程學(xué)教授凱爾文·瓦格納說(shuō)：“我們已經(jīng)找到了如何將二維彩虹放入一個(gè)很小的芯片中的方法。”
電氣通訊的終結(jié)
無(wú)人駕駛汽車(chē)目前是一個(gè)價(jià)值500億美元的產(chǎn)業(yè)，預(yù)計(jì)到2026年其價(jià)值將超過(guò)5,000億美元。盡管當(dāng)今道路上的許多汽車(chē)已經(jīng)具有一些自動(dòng)駕駛輔助功能，例如增強(qiáng)的巡航控制和自動(dòng)車(chē)道居中，但真正的競(jìng)賽就是要?jiǎng)?chuàng)造一種無(wú)需駕駛員親自輸入也不負(fù)責(zé)的自動(dòng)駕駛汽車(chē)。在過(guò)去的15年左右的時(shí)間里，創(chuàng)新者已經(jīng)意識(shí)到，要做到這一點(diǎn)，汽車(chē)將不僅需要照相機(jī)和雷達(dá)，還需要激光雷達(dá)。
通過(guò)波長(zhǎng)控制的硅光子光學(xué)相控陣解決的光柵掃描圖案。該圖案的彎曲是片上波導(dǎo)系統(tǒng)中色散的指標(biāo)。圖片來(lái)源：Nathan Dostart
激光雷達(dá)是一種遙感方法，它使用激光束（不可見(jiàn)光脈沖）來(lái)測(cè)量距離。這些光束從其路徑上的所有物體反射回來(lái)，并且傳感器收集這些反射，以實(shí)時(shí)創(chuàng)建周?chē)h(huán)境的精確三維圖像。
激光雷達(dá)就像是光的回聲定位：它可以告訴您圖像中每個(gè)像素的距離。它已經(jīng)在衛(wèi)星和飛機(jī)上使用了至少50年，用于進(jìn)行大氣感應(yīng)并測(cè)量水體的深度和地形的高度。
盡管在激光雷達(dá)系統(tǒng)的尺寸上取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但到目前為止，它們?nèi)匀皇亲詣?dòng)駕駛汽車(chē)中最昂貴的部分-每輛汽車(chē)的價(jià)格高達(dá)7萬(wàn)美元。
為了有一天在消費(fèi)市場(chǎng)上廣泛工作，激光雷達(dá)必須變得更便宜，更小且更簡(jiǎn)單。一些公司正在嘗試使用硅光子學(xué)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一壯舉：電氣工程領(lǐng)域的新興領(lǐng)域，它使用可以處理光的硅芯片。
該研究小組的新發(fā)現(xiàn)是用于激光雷達(dá)系統(tǒng)的硅芯片技術(shù)的重要進(jìn)步。
波士頓大學(xué)工程合著者兼副教授米洛什·波波維奇（Milo?Popovi?）表示：“電子通信已達(dá)到極限，光學(xué)必須發(fā)揮作用，這就是所有這些大公司都致力于使硅光子技術(shù)在工業(yè)上可行的原因。”
這些硅芯片可以制造得更簡(jiǎn)單，更小，同時(shí)保持其成像的高分辨率和準(zhǔn)確性，并且可以應(yīng)用更多的技術(shù)，包括自動(dòng)駕駛汽車(chē)和智能手機(jī)。
有傳言稱(chēng)，即將面世的iPhone 12將采用激光雷達(dá)相機(jī)，就像iPad Pro中的相機(jī)一樣。這項(xiàng)技術(shù)不僅可以提高面部識(shí)別的安全性，而且有一天可以幫助創(chuàng)建攀登路線圖，測(cè)量距離甚至識(shí)別動(dòng)物的蹤跡或植物。
Dostart表示：“我們正在提出一種使用芯片技術(shù)的激光雷達(dá)可擴(kuò)展方法。這是該方法的第一步，也是其第一步，還有很長(zhǎng)的路要走?！?
