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我國科學(xué)家攻克激光雷達(dá)抗干擾和高精度并行探測(cè)世界性難題

極大降低未來激光雷達(dá)系統(tǒng)體積、功耗和成本


  來源: 光明日?qǐng)?bào) 時(shí)間:2023-04-13 編輯:清風(fēng)
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北京大學(xué)電子學(xué)院王興軍教授課題組-常林研究員課題組在兩年攻關(guān)的基礎(chǔ)上,研制出一種全新的硅基片上多通道混沌光源,提出了一種基于混沌光梳的并行激光雷達(dá)架構(gòu),攻克了激光雷達(dá)抗干擾和高精度并行探測(cè)這兩個(gè)世界性難題,保證高性能高安全的同時(shí),極大降低未來激光雷達(dá)系統(tǒng)體積、復(fù)雜度、功耗和成本。團(tuán)隊(duì)的研究成果《突破時(shí)間-頻率擁塞的并行混沌激光雷達(dá)》于日前發(fā)表在《自然-光子學(xué)》雜志。



隨著高級(jí)別自動(dòng)駕駛的日益普及,確保行駛舒適安全的激光雷達(dá)作為其核心器件,受到越來越多的重視。高性能、小體積、低成本、低功耗、高安全的激光雷達(dá)是未來廠商競相追逐的方向。研究團(tuán)隊(duì)通過集成微腔光梳的調(diào)制不穩(wěn)定狀態(tài)產(chǎn)生天然的多通道隨機(jī)調(diào)制信號(hào),使其信號(hào)混沌帶寬可超過7GHz,且光梳的調(diào)制不穩(wěn)定態(tài)在18GHz的失諧范圍內(nèi)展現(xiàn)出良好的魯棒性,能夠應(yīng)對(duì)外部泵浦光源的頻率抖動(dòng)。同時(shí),材料的高非線性系數(shù)使產(chǎn)生的調(diào)制不穩(wěn)定光梳的閾值功率相比其他材料平臺(tái)低1~2個(gè)數(shù)量級(jí),能夠與片上分布式反饋激光器共集成。


集成并行混沌激光雷達(dá)系統(tǒng)架構(gòu)


在此基礎(chǔ)上,研究團(tuán)隊(duì)還搭建了并行激光雷達(dá)演示系統(tǒng)并對(duì)實(shí)物目標(biāo)進(jìn)行了高精度三維成像,驗(yàn)證了10通道規(guī)模的單像素成像,證明了各通道間良好的正交隔離性。此外,研究團(tuán)隊(duì)還對(duì)接收信號(hào)在不同信號(hào)干擾混疊下的抗噪功率抑制比進(jìn)行了測(cè)試,實(shí)測(cè)可得在3dB閾值判據(jù)和12.5微秒積分時(shí)間下,單路信號(hào)的功率動(dòng)態(tài)范圍接近60dB,對(duì)調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)的抗噪功率抑制比接近30dB,對(duì)自身隨機(jī)調(diào)制信號(hào)的抗噪功率抑制比可達(dá)22dB,展現(xiàn)出了良好的有源抗干擾能力。上述結(jié)果有望推動(dòng)下一代高性能抗干擾激光雷達(dá)的變革。


記者了解到,最近幾年,研究團(tuán)隊(duì)在集成光電子學(xué)方面也取得了多項(xiàng)重要進(jìn)展,包括實(shí)現(xiàn)了Tb/s硅基片上大容量光通信和跨C-V波段高精度微波光子信號(hào)處理、鈮酸鋰集成光子芯片、1.04TOPS/mm2高算力密度片上光計(jì)算、30nm極小粒徑病毒檢測(cè)、36μW最低功率閾值光學(xué)頻率梳光源等多個(gè)國際領(lǐng)先成果。(來源:光明日?qǐng)?bào) 記者晉浩天



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