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摇动和搅动光线,以帮助自动驾驶汽车更好地扫描附近快速移动的物体

时间:2020-07-16 14:04:10来源:

印度印第安纳州西拉斐特市—无人驾驶汽车很难识别幼儿和棕色袋子之间的区别,后者由于使用激光雷达感应物体的方式受到限制而突然出现。

自动驾驶汽车行业正在探索“调频连续波”(FMCW)激光雷达以解决这一问题。研究人员已经建立了一种方法,这种类型的激光雷达可以通过机械控制和硅芯片上的光调制来实现对附近快速移动物体的高分辨率检测。

这项工作发表在《自然》杂志上,由普渡大学的OxideMEMS实验室和瑞士洛桑联邦理工学院的光子学和量子测量实验室(EPFL)共同完成,这是一家位于瑞士洛桑的研究机构和大学。

FMCW激光雷达通过扫描自动驾驶汽车顶部的激光来检测物体。单个激光束分裂成其他波长的梳子,称为微梳,以扫描区域。光从物体反射回来,并通过光学隔离器或循环器到达检测器,以确保所有反射光最终到达检测器阵列。

Purdue和EPFL研究人员开发的产品使用声波来加快这些组件的调谐速度,从而可以对附近的物体进行更高分辨率的FMCW激光雷达探测。

该技术集成了由氮化铝制成的微机电系统(MEMS)换能器,可在兆赫兹至千兆赫兹的高频范围内调制微梳子。该团队在此过程中开发的光学隔离器将在《自然通讯》上发表的一篇论文中进一步描述。

一系列相控MEMS换能器阵列(也用在手机中以识别蜂窝频带)通过将类似于开瓶器的应力波发射到硅芯片中,以千兆赫兹频率搅动光。

普渡大学电气与计算机工程学教授Sunil Bhave说:“搅拌运动调制了光,使其只能沿一个方向传播。”

普天博士郝天电气和计算机工程方面的候选人,在普渡大学位于发现公园的伯克纳米技术中心的Scifres纳米制造工厂建造了MEMS换能器。他将换能器与EPFL开发的氮化硅光子晶片集成在一起。

Tian表示:“体声波的垂直垂直限制可防止串扰,并允许将执行器紧密放置。”

使用相同技术的其他换能器会激发一个声波,该声波会以兆赫兹的频率摇动芯片,从而证明了亚微秒级的控制以及激光脉冲微梳子或孤子的调谐。

Nature论文的第一作者刘俊秋说:“这项成就,将集成的光子学,MEMS工程学和非线性光学技术相结合,代表了新兴的基于芯片的微梳技术的新里程碑。” EPFL MicroNanoTechnology中心。

研究人员说,这种光调制技术不仅将机械学与光学技术整合在一起,而且将涉及的制造过程整合在一起,从而使该技术在商业上更具可行性。MEMS换能器仅需最少的处理即可简单地制造在氮化硅光子晶片的顶部。

EPFL物理学教授Tobias Kippenberg说:“到目前为止,无法预料的应用将在多个社区中跟进。”“一次又一次地证明,混合系统可以获得超越单个组件所具有的优势和功能。”

研究人员认为,这项新技术可以为在空间,数据中心和便携式原子钟等功率关键型系统或极端环境(如低温环境)中的微梳应用提供动力。

Bhave说:“没有这种跨学科和洲际的合作,我们的结果是不可能的。”

普渡大学的研究工作由国防高级研究计划局和美国国家科学基金会资助。

关于愉景新城

探索公园是普渡大学的研究人员超越传统界限,跨学科,与政策制定者和商业领袖合作,创造更美好世界的解决方案的地方。全球健康,全球冲突与安全的巨大挑战以及与可持续能源,世界粮食供应,水和环境息息相关的挑战是探索公园研究人员的重点。通过企业家精神计划和合作伙伴关系,将发现转化为影响已整合到发现园的结构中。

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