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美國西雅圖華盛頓大學(xué):研發(fā)掃描式激光雷達(dá)系統(tǒng),有望實(shí)現(xiàn)300米超遠(yuǎn)距離探測


  來源: Nature、傳感器專家網(wǎng) 時(shí)間:2023-09-11 編輯:白芷
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日前,美國西雅圖華盛頓大學(xué)教授李墨和團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種全新的掃描式激光雷達(dá)系統(tǒng),其采用了集成在芯片上的聲光散射的技術(shù)。


對于掃描式激光雷達(dá)來說,一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)在于如何不使用機(jī)械裝置,高效可靠地將激光束從系統(tǒng)中發(fā)射出來,從而進(jìn)入自由空間,這樣它就能像探照燈一樣快速準(zhǔn)確地掃描遠(yuǎn)處的物體。


(來源:Nature)


而在這個(gè)新發(fā)明的系統(tǒng)中,課題組利用在光子芯片表面的聲波,通過聲光相互作用,將在片上光波導(dǎo)內(nèi)傳播的激光散射到自由空間當(dāng)中,而且激光的散射角度完全由光子芯片上聲波的波長和頻率來控制。


這種新型激光雷達(dá)采用了完全集成在光子芯片中的激光束掃描系統(tǒng),沒有任何需要轉(zhuǎn)動(dòng)的部件,屬于全固態(tài)激光雷達(dá)。


相比機(jī)械式激光雷達(dá),全固態(tài)激光雷達(dá)不僅能提高性能和可靠性,也大大降低了生產(chǎn)成本和體積,極易于集成和制造,從而克服了傳統(tǒng)激光雷達(dá)體積大、成本高的局限性,使其具備更廣闊的市場應(yīng)用前景。


(來源:Nature)


相關(guān)論文的第一作者李秉釗表示:“雖然聲光散射效應(yīng)已經(jīng)研究了很久,但是我們對這一現(xiàn)象的創(chuàng)新性應(yīng)用被審稿人予以高度評價(jià),被認(rèn)為是這一領(lǐng)域里革命性的突破。我們發(fā)明的獨(dú)特的頻率-角度分辨技術(shù),解決了光學(xué)相控陣等其他固態(tài)激光雷達(dá)技術(shù)難以解決的角度矯正問題?!?


他繼續(xù)說道,在光子芯片上操縱聲波和激光之間的相互作用就像指揮一場“音樂會(huì)”,聲波是“指揮棒”,而激光就是想展現(xiàn)的整個(gè)“樂章”。


通過調(diào)整聲波的頻率,可以將激光散射到任何想要的方向。最終,他們巧妙利用這一現(xiàn)象發(fā)明了這種新型激光雷達(dá),它可以使自動(dòng)駕駛車輛成為現(xiàn)實(shí),在不遠(yuǎn)的未來,就會(huì)改變我們?nèi)粘I睢?


同時(shí),此次研發(fā)的掃描系統(tǒng),因?yàn)椴恍枰獙拵Э烧{(diào)激光器或光梳光源,與其他依賴色散效應(yīng)來控制散射角度的工作原理相比,被認(rèn)為具有極大的技術(shù)優(yōu)勢。


而隨著這種新型激光雷達(dá)系統(tǒng)的進(jìn)一步研發(fā)和優(yōu)化,其在自動(dòng)駕駛、機(jī)器人、無人機(jī)等領(lǐng)域的應(yīng)用將得到進(jìn)一步推廣。


整體來看,集成激光雷達(dá)技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,具體包括:


自動(dòng)駕駛汽車:自動(dòng)駕駛汽車是激光雷達(dá)最引人關(guān)注的應(yīng)用領(lǐng)域之一。激光雷達(dá)可以實(shí)時(shí)創(chuàng)建周圍環(huán)境的三維映像,這對于自動(dòng)駕駛汽車的導(dǎo)航和避障至關(guān)重要。全固態(tài)集成激光雷達(dá)的小巧、輕便和成本效益使其更適合在自動(dòng)駕駛汽車上使用。


無人機(jī):無人機(jī)可以使用激光雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行地形測繪和導(dǎo)航,特別是在森林、農(nóng)田或建筑物周圍的環(huán)境中。


工業(yè)自動(dòng)化:在工廠或倉庫中,集成激光雷達(dá)可以被用于導(dǎo)航自動(dòng)化設(shè)備,如自動(dòng)引導(dǎo)車和機(jī)器人,并幫助它們避免撞擊障礙物。


環(huán)境監(jiān)測和地質(zhì)學(xué)應(yīng)用:激光雷達(dá)技術(shù)可用于測量森林覆蓋率、監(jiān)測環(huán)境變化、檢測地震活動(dòng)等。


智能家居:在智能家居中,集成激光雷達(dá)可以幫助智能掃地機(jī)器人準(zhǔn)確地導(dǎo)航并規(guī)劃清潔路徑。


增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí):激光雷達(dá)可以幫助創(chuàng)建更為真實(shí)和準(zhǔn)確的三維環(huán)境,從而改善用戶體驗(yàn)。


“這些都是集成激光雷達(dá)的一些應(yīng)用例子,其實(shí)潛在應(yīng)用場景遠(yuǎn)不止這些,未來隨著技術(shù)的進(jìn)步和成本的降低,我們期待有更多領(lǐng)域可以利用集成激光雷達(dá)技術(shù)?!崩畋摫硎尽?


關(guān)鍵詞:激光雷達(dá) 芯片 聲波    瀏覽量:1602

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