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FMCW雷达具有更高安全性?硅光子有话说

发布时间:2020-06-08 发布时间:
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据报道,关于雷达(英文名RADAR,全称Radio Detection and Ranging)的历史可以追溯到19世纪80年代,当时著名的德国物理学家海因里希·赫兹(Heinrich Hertz)证明了无线电波可被金属物体反射。根据赫兹所证明的原理,德国工程师侯斯美尔(Christian Hülsmeyer)于1906年首次申请了用于海上航行雷达的实用专利。在二战前,出于空中防御的目的,雷达的研发开始全面展开。随着半导体技术的进步,雷达现在已广泛应用于从空中交通管制到汽车盲点检测等多个应用领域。归功于上述的进步,雷达技术让海陆空的旅程变得更加安全和高效,已预防了数十万起事故。

好消息是,能将复杂电子电路集成到小小的硅基芯片(现在普遍存在于家用消费产品中)的技术诞生了——硅光子学。硅光子学使高度复杂的光学电路实现经济有效地制造并集成到同样广泛的产品和应用中。

为了实现经济实惠的FMCW激光雷达解决方案,所有光学功能都需要集成到一颗硅基芯片中,该芯片采用的是与每年制造近万亿电子集成电路(IC)芯片相同的半导体工艺。

半导体工艺在制造性能卓越的集成电路中体现出的控制水平和精度,为实现鲁棒性强、经济高效和高质量硅光子元器件提供了成熟的技术。一种极低噪声、低损耗和偏振无关的技术可以得到非常高的信噪比,从而可以使用更低的激光功率。因此,即使人类离传感器很近,也能在远距离探测时保证人眼安全。探测到距离200米以外的几厘米大小的物体应在基于IC技术的FMCW激光雷达的能力范围内。今年1月,SiLC Technologies Inc.(以下简称:SiLC)演示了这种解决方案。该公司现专注于优化其功能并实现更高的集成度。

然而,设计硅光子电路并不容易。尽管它们基于标准的集成电路制造工艺流程,但需要专有工艺、专业技能以及专业的版图和验证知识。幸运的是,他们可以利用过去十年在电信和数据中心应用方面高达10多亿美元的投资。

由于硅光子电路体积小、功率低、成本低,因此也可以广泛应用于无人机和机器人中。硅光子电路只需要毫瓦级的输出光功率,具有很高的功率效率。效率对于电池驱动的机器来说很重要。硅光子电路可以达到毫米到微米的高精度水平,因此在生物识别、工业或医疗保健得以应用成为可能。

总而言之,FMCW解决方案比当前脉冲式dToF激光雷达解决方案的峰值激光功率低四个数量级以上,在测量距离、瞬时速度、环境抑制、多用户无干扰操作等方面优势明显,同时具备集成完整激光雷达光学系统于一颗尺寸非常小的低成本硅光子芯片的潜力。上述优势可以改变激光雷达的应用范围,想象空间远远不至于自动驾驶汽车。


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