对光子学电路的研究表明，激光雷达在自动驾驶汽车中的应用前景广阔

相干测距，又称基于调频连续波(FMCW)的激光测距激光雷达用于自动驾驶中的远程三维距离和速度测量。

FMCW激光雷达使用频率啁啾波形，绘制到频率的距离，同时测量反射激光的多普勒频移，类似声纳或雷达，相干探测防止来自阳光和其他激光雷达系统的干扰。

然而，精确控制窄线宽频率灵活激光器的技术复杂性一直阻碍着FMCW激光雷达的成功并行化。现在，研究人员报道说证明了基于超低损耗光子芯片的孤子微梳的大规模平行相干激光雷达方案。

将连续的激光光束转换成稳定的光脉冲

该研究团队将一个FMCW激光器耦合到一个氮化硅平面微谐振腔中。在这里，由于色散、非线性、腔泵浦和损耗的双重平衡，连续波激光被转换成稳定的光脉冲。

“令人惊讶的是，耗散克尔孤子的形成不仅在泵浦激光啁啾时持续存在，而且将啁啾忠实地传递到所有产生的梳齿上。”基彭伯格实验室的博士后、该研究的第一作者约翰·莱门斯伯格说。

激光雷达波的图形表示。图片由john Rimensberger提供EPFL

改进FMCW激光雷达“十倍”

微谐振器的小尺寸意味着梳齿之间的间隔为100GHz。通过使用标准的衍射光学，这就足以将它们分开，而且由于每个梳齿都继承了泵浦激光的线性啁啾，研究小组发现，每个微谐振器可以创建多达30个独立的FMCW激光雷达通道。

每个通道可以同时测量距离和速度，而通道的光谱分离使得器件不受通道串扰的影响，并且天生就可以与基于光子集成光栅发射器的光学相控阵进行协整。

此外，发射光束的空间分离和1500纳米波长的操作放宽了严格的眼睛和相机安全限制。“在不久的将来，EPFL开发的技术可以将相干FMCW激光雷达的采集速率提高10倍。”博士生Anton Lukashchuk说。该团队的概念基于高质量的氮化硅微谐振器，这种谐振器在平面非线性波导平台中表现出创纪录的低损耗。这些是由EPFL的微纳米技术中心(CMi)生产的，并已投入商用。

这项工作可能为未来的自动驾驶汽车广泛采用相干激光雷达铺平道路，使它们更安全，更能探测环境中的障碍物。