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(duì)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(zhǎng)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(chǎng)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(duì)這一現(xiàn)象的創(chuàng)新性應(yīng)用被審稿人予以高度評(píng)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(chǎng)“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(shì)。

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(duì)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(cè)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(cè)和地質(zhì)學(xué)應(yīng)用：激光雷達(dá)技術(shù)可用于測(cè)量森林覆蓋率、監(jiān)測(cè)環(huán)境變化、檢測(cè)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(chǎng)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?。