研究人員從西雅圖華盛頓大學發表論文，介紹一種使用片上聲光波束控制技術的LiDAR系統，實現了頻率-角度解析成像，具有小尺寸、低成本和寬視野等特點。
憑藉其卓越的成像解析度和範圍,光檢測和測距(LiDAR)正迅速成為包括自動駕駛汽車和機器人在內的智慧自動化系統不可或缺的光學感知技術。下一代LiDAR系統的開發迫切需要一種非機械光束控制系統,該系統可以在太空中掃描鐳射束。
已經開發了各種波束控制技術,包括光學相控陣、空間光調製、焦平面開關陣列、色散頻率梳和分光時間調製。然而,其中許多系統仍然笨重、易碎且昂貴。在這裡,我們報告了一種片上聲光波束控制技術,該技術僅使用單個千兆赫聲換能器將光束引導到自由空間。
利用布里淵散射的物理學,其中以不同角度控制的光束被標記為獨特的頻移,該技術使用單個相干接收器來解析頻域中物體的角位置。
我們演示了一個簡單的設備結構、波束控制控制系統和頻域檢測方案。該系統可實現調頻連續波測距,視場角為18°,角解析度為0.12°,測距距離可達115 m。該演示可以擴展到一個陣列,實現具有寬二維視場的微型、低成本頻率角度解析度LiDAR成像系統。
這一發展代表了LiDAR在自動化、導航和機器人技術中的廣泛使用。我認為這種頻率角度分辨的LiDAR技術將大大推動下一代自動駕駛汽車和機器人的感知能力,使它們能更準確判讀周遭環境,做出正確的決策。
此外,這種技術還可應用於無人機和其他自動導航系統,提升它們的安全性和效率。相信隨著技術的進一步成熟,片上聲光波束控制將為LiDAR系統帶來革命性的突破。
a， 基於AOBS的遠雷射雷達方案示意圖。
b，聲光Brillouin散射過程的色散圖。模擬LN平面波導TE0模式的色散曲線，繪製為紅色曲線。在頻率ω0（波長1.55μm）時，模態波數為1.8k0（紅色圓圈）。反向傳播的聲波（綠色箭頭）將光散射到空氣的光錐中（灰色陰影區域中的紫色圓圈）。為清楚起見，頻率軸不等於刻度。插圖：Brillion粒子散射的動量向量關係。光以與表面的角度θ散射到空間中。
c，帶有十個AOBS器件的LNOI晶元的照片。
d，IDT 的掃描電子顯微鏡圖像。週期從 1.45 到 1.75 μm。
a, 頻率角度解析LiDAR系統示意圖。發射器包括固定波長的光纖耦合激光源、用於調頻連續波的電光調製器(圖4中使用)和由無線頻率源驅動的聲光波束控制裝置,以控制光束方向。添加一個鏡子用於將光線偏轉向物體。相干接收器利用同相檢測解析反射光的頻移,即將其與從激光源分流的本振光混頻,二者產生拍頻信號。使用平衡光檢波器測量拍頻信號,再由數位資料採集系統或即時頻譜分析器進行取樣。作為示範,一塊60×50 mm的印有哈士奇圖案的回反膜被用作目標物體,置於LiDAR系統1.8米遠。
b,當聲光波束控制器掃描光束於視場內時,接收器端拍頻訊號的頻譜。根據圖2d中的頻率-角度關係,拍頻頻率可以轉換為物體的角度。
c,目標物體的頻率角度解析LiDAR圖像。各像素的位置和亮度分別由訊號的拍頻頻率及功率解析得出。
d,e,兩個代表性像素的原始拍頻訊號(橙色d; 紫色e)。
