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. . . .>> TechXchange:激光雷达技术
对于自动驾驶汽车(AVs)来说，激光雷达(LiDAR, light detection and ranging)是识别和探测周围物体的一项重要技术。但目前的激光雷达技术成本为数百美元，甚至数千美元，重量约为1公斤，耗电量为几瓦。
研究人员KTH皇家理工学院瑞典斯德哥尔摩研发了一种更便宜、更轻、更高效的激光雷达技术，这可能为针对自动驾驶汽车的更小系统铺平道路。微纳米系统部门的博士后研究员Carlos Errando-Herranz，以及他的同事Nicolas Le Thomas和Kristinn B. Gylafson在杂志上写道光学信(美国光学协会的出版物)，他们的新版本的激光雷达将花费大约10美元(美元)每一个大的产量，重几克(包括外围设备)，消耗大约100兆瓦。
具体来说，KTH的研究人员瞄准了激光雷达的一个关键组件——光学光束控制——这是这种光束的动态指向或扫描。传统上，光束导向系统使用电机来倾斜镜子，并在一定区域内扫描激光束．
用于光束控制的集成光子学方法——例如，将激光、调制器、探测器和滤波器集成在一个芯片上，就像电子集成电路一样——专注于光学相控阵。光学相控阵与无线电波或微波技术中的相控阵天线相似，它由一组相干发射器组成。使用波导移相器控制这些发射器，以调整输出光束的角度，允许严格控制光束的形状和方向，具有非常高的角度光束分辨率，从而实现精确的激光雷达测量。
然而，目前常用的光学移相器的功率消耗很大，每个发射极需要一个移相器，需要数百个器件挤在一个狭小的空间中。这导致了瓦特量级的电力消耗，这就需要主动冷却，并限制了该技术的应用。
操纵MEMS
近年来，利用微机电系统(MEMS)的反射镜和光栅，光学光束导向系统已被缩小。与传统调谐方法相比，它可以降低一个数量级的功耗(MEMS的功率为亚微瓦，而每个热光移相器的功率为30兆瓦)。
KTH团队首次演示了由MEMS驱动的悬浮硅光子波导光栅的光束导向。该光束导向装置是利用MEMS驱动改变波导光栅耦合器齿间的间距。
KTH小型化波束?转向装置测量大约100µm，在显微镜下观察效果最好，如图所示。(来源:kristin Glyfason, KTH)
据称，该设备能够在20v驱动下实现5.6度光束转向，功耗低于微瓦水平。结果表明，将MEMS与集成光子集成器件相结合，用于光束导向和光信号处理，将光源和探测器与电子处理和控制相结合，可以为下一代节能光学光束导向系统提供基础。根据研究人员的报告，演示单元的能耗比以前的调优方法低了五个数量级。
KTH的副教授Kristinn B. Gylfason说:“传统的激光雷达是基于在一个旋转的塔上安装激光阵列，就像Velodyne冰球。”“我们的激光雷达方法是基于集成的微型光学力学，我们在硅芯片的表面建造了一个可调谐的光栅。通过修改光栅周期，我们决定了光束应该扫向哪个方向。”
作者总结道:“集成的热光学相控阵系统比我们的设备至少有5个数量级(测量限制，根据我们的估计是7个数量级)的功率消耗，并且存在热串扰问题，而我们的技术本质上避免了这些问题。”
研究人员说，进一步的小型化有潜力提供更小、更轻、更低功耗的光束导向，而且成本低，这是激光雷达中光束导向技术持续成功所必需的。“我们使用与制造智能手机的加速度计和陀螺仪相同的生产技术，”埃兰多-赫兰兹说。“这意味着大批量生产的成本非常低。”
