硅光子學(xué)方案似乎已經(jīng)準(zhǔn)備好在激光雷達(dá)領(lǐng)域參與競爭，它本質(zhì)上就是為了各種目的而在芯片上操縱光，例如，在邏輯門中取代電節(jié)點以提供超快、低熱的信號處理。Voyant Photonics正是開創(chuàng)了一種將硅光子學(xué)應(yīng)用于激光雷達(dá)的解決方案。

激光雷達(dá)（LiDAR）是機(jī)器人和自動駕駛汽車感知周圍世界的關(guān)鍵技術(shù)之一，不過，目前的激光器和傳感器等激光雷達(dá)元件通常都具有很大的尺寸。據(jù)報道，激光雷達(dá)創(chuàng)新廠商Voyant Photonics提出了一種不同的方案，它們打造了一款可以放在指尖上的激光雷達(dá)系統(tǒng)。

激光雷達(dá)常被用于中距離的環(huán)境感知，因為遠(yuǎn)距離應(yīng)用，雷達(dá)有優(yōu)勢；近距離應(yīng)用，超聲波等其它方案更緊湊。但是，從數(shù)米到數(shù)百米的范圍，就是激光雷達(dá)的舞臺了。

不幸的是，即使是目前最緊湊的激光雷達(dá)解決方案仍然約有巴掌那么大，并且，已為汽車應(yīng)用做好量產(chǎn)準(zhǔn)備的激光雷達(dá)通常尺寸要更大。如果激光雷達(dá)尺寸足夠小，它們可以隱藏在汽車的每個角落，甚至可以安裝在汽車內(nèi)部，提供關(guān)于汽車內(nèi)部和周圍所有環(huán)境的豐富位置信息。此外，尺寸小同時也意味著更低的功耗，無需破壞現(xiàn)有的線路和設(shè)計。如果能夠?qū)崿F(xiàn)這樣的微尺寸和功耗，激光雷達(dá)還將進(jìn)入汽車以外更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。

傳統(tǒng)的機(jī)械式激光雷達(dá)一般通過每秒多次掃描場景，然后測量其反射以跟蹤物體的距離。但這種機(jī)械掃描激光雷達(dá)通常體積較大，速度慢且易于失效，因此創(chuàng)新的開發(fā)商正在嘗試各種其它技術(shù)方案，例如瞬間照亮整個場景的Flash激光雷達(dá)，或是利用超構(gòu)材料進(jìn)行光束轉(zhuǎn)向的方案等等。

硅光子學(xué)方案似乎已經(jīng)準(zhǔn)備好在激光雷達(dá)領(lǐng)域參與競爭，它本質(zhì)上就是為了各種目的而在芯片上操縱光，例如，在邏輯門中取代電節(jié)點以提供超快、低熱的信號處理。Voyant Photonics正是開創(chuàng)了一種將硅光子學(xué)應(yīng)用于激光雷達(dá)的解決方案。

過去，基于芯片的光子學(xué)研究試圖從光波導(dǎo)表面（用于轉(zhuǎn)向光或發(fā)射光的元件）發(fā)射相干激光光束的嘗試，但由于光傾向于在近距離處自身干涉，而受限于低視場和低功率。

Voyant Photonics開發(fā)的“光學(xué)相控陣”技術(shù)方案，通過仔細(xì)研究改變穿過芯片的光波相位來繞開這個問題。其結(jié)果得到了一個完全沒有運動元件，且比指尖還小的芯片，能夠在很寬廣的環(huán)境中發(fā)射高速掃描的非可見光。

“這是一項突破性的賦能技術(shù)，利用該技術(shù)實現(xiàn)的激光雷達(dá)是如此之小，”Voyant Photonics聯(lián)合創(chuàng)始人Steven Miller說，“這里我們討論的可是立方厘米級別的尺寸。很多電子產(chǎn)品根本無法容納目前市場上像壘球大小的激光雷達(dá)，例如無人機(jī)，對重量很敏感的產(chǎn)品，或機(jī)器人技術(shù)，它需要將激光雷達(dá)嵌入機(jī)器手臂的尖端?！?/span>

Steven Miller及其聯(lián)合創(chuàng)始人Chris Phare來自美國哥倫比亞大學(xué)（Columbia University）的Lipson納米光子學(xué)研究組。哥倫比亞大學(xué)電氣工程教授Michal Lipson，是硅光子學(xué)領(lǐng)域的主要先驅(qū)之一。

“基本可以說是這個實驗室發(fā)明了硅光子學(xué)，”Chris Phare說，“我們在物理學(xué)和器件級研究領(lǐng)域深耕多年。在此背景下，我們回過頭來審視激光雷達(dá)，思考如何利用硅光子學(xué)來改善激光雷達(dá)，使其具有更小的尺寸和更好的性能?！?/span>

Voyant Photonics解決了上述干涉問題，并利用了調(diào)頻連續(xù)波技術(shù)（FMCW），使其激光雷達(dá)不僅能夠測量物體的距離，還能夠測量物體的運動速度（另一家激光雷達(dá)創(chuàng)新廠商Blackmore也是這樣做的）。他們獨特的芯片光束發(fā)射和轉(zhuǎn)向方案使他們打造了一款不僅結(jié)構(gòu)超緊湊，而且將發(fā)射器和接收器整合在一起的芯片，不僅縮小了尺寸，還具有很好的性能。

“小尺寸激光雷達(dá)就意味著低性能完全是一種誤解，”Phare解釋說，“我們采用的硅光子架構(gòu)使我們可以在芯片上構(gòu)建非常高靈敏的接收器，這種接收器難以在傳統(tǒng)光學(xué)器件中集成。因此，我們能夠?qū)⒏咝阅芗す饫走_(dá)裝配到如此小巧的封裝中，而無需任何額外的或特異的組件。我們的激光雷達(dá)可以達(dá)到市場上其它廠商相當(dāng)?shù)囊?guī)格參數(shù)，只是我們的尺寸要小得多?！?/span>