硅光子學(xué)方案似乎已經(jīng)準(zhǔn)備好在激光雷達(dá)領(lǐng)域參與競(jìng)爭(zhēng)，它本質(zhì)上就是為了各種目的而在芯片上操縱光，例如，在邏輯門中取代電節(jié)點(diǎn)以提供超快、低熱的信號(hào)處理。Voyant Photonics正是開(kāi)創(chuàng)了一種將硅光子學(xué)應(yīng)用于激光雷達(dá)的解決方案。
激光雷達(dá)（LiDAR）是機(jī)器人和自動(dòng)駕駛汽車感知周圍世界的關(guān)鍵技術(shù)之一，不過(guò)，目前的激光器和傳感器等激光雷達(dá)元件通常都具有很大的尺寸。據(jù)報(bào)道，激光雷達(dá)創(chuàng)新廠商Voyant Photonics提出了一種不同的方案，它們打造了一款可以放在指尖上的激光雷達(dá)系統(tǒng)。
激光雷達(dá)常被用于中距離的環(huán)境感知，因?yàn)檫h(yuǎn)距離應(yīng)用，雷達(dá)有優(yōu)勢(shì)；近距離應(yīng)用，超聲波等其它方案更緊湊。但是，從數(shù)米到數(shù)百米的范圍，就是激光雷達(dá)的舞臺(tái)了。
不幸的是，即使是目前最緊湊的激光雷達(dá)解決方案仍然約有巴掌那么大，并且，已為汽車應(yīng)用做好量產(chǎn)準(zhǔn)備的激光雷達(dá)通常尺寸要更大。如果激光雷達(dá)尺寸足夠小，它們可以隱藏在汽車的每個(gè)角落，甚至可以安裝在汽車內(nèi)部，提供關(guān)于汽車內(nèi)部和周圍所有環(huán)境的豐富位置信息。此外，尺寸小同時(shí)也意味著更低的功耗，無(wú)需破壞現(xiàn)有的線路和設(shè)計(jì)。如果能夠?qū)崿F(xiàn)這樣的微尺寸和功耗，激光雷達(dá)還將進(jìn)入汽車以外更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。
傳統(tǒng)的機(jī)械式激光雷達(dá)一般通過(guò)每秒多次掃描場(chǎng)景，然后測(cè)量其反射以跟蹤物體的距離。但這種機(jī)械掃描激光雷達(dá)通常體積較大，速度慢且易于失效，因此創(chuàng)新的開(kāi)發(fā)商正在嘗試各種其它技術(shù)方案，例如瞬間照亮整個(gè)場(chǎng)景的Flash激光雷達(dá)，或是利用超構(gòu)材料進(jìn)行光束轉(zhuǎn)向的方案等等。
硅光子學(xué)方案似乎已經(jīng)準(zhǔn)備好在激光雷達(dá)領(lǐng)域參與競(jìng)爭(zhēng)，它本質(zhì)上就是為了各種目的而在芯片上操縱光，例如，在邏輯門中取代電節(jié)點(diǎn)以提供超快、低熱的信號(hào)處理。Voyant Photonics正是開(kāi)創(chuàng)了一種將硅光子學(xué)應(yīng)用于激光雷達(dá)的解決方案。
過(guò)去，基于芯片的光子學(xué)研究試圖從光波導(dǎo)表面（用于轉(zhuǎn)向光或發(fā)射光的元件）發(fā)射相干激光光束的嘗試，但由于光傾向于在近距離處自身干涉，而受限于低視場(chǎng)和低功率。
Voyant Photonics開(kāi)發(fā)的“光學(xué)相控陣”技術(shù)方案，通過(guò)仔細(xì)研究改變穿過(guò)芯片的光波相位來(lái)繞開(kāi)這個(gè)問(wèn)題。其結(jié)果得到了一個(gè)完全沒(méi)有運(yùn)動(dòng)元件，且比指尖還小的芯片，能夠在很寬廣的環(huán)境中發(fā)射高速掃描的非可見(jiàn)光。
“這是一項(xiàng)突破性的賦能技術(shù)，利用該技術(shù)實(shí)現(xiàn)的激光雷達(dá)是如此之小，”Voyant Photonics聯(lián)合創(chuàng)始人Steven Miller說(shuō)，“這里我們討論的可是立方厘米級(jí)別的尺寸。很多電子產(chǎn)品根本無(wú)法容納目前市場(chǎng)上像壘球大小的激光雷達(dá)，例如無(wú)人機(jī)，對(duì)重量很敏感的產(chǎn)品，或機(jī)器人技術(shù)，它需要將激光雷達(dá)嵌入機(jī)器手臂的尖端?！?/span>
Steven Miller及其聯(lián)合創(chuàng)始人Chris Phare來(lái)自美國(guó)哥倫比亞大學(xué)（Columbia University）的Lipson納米光子學(xué)研究組。哥倫比亞大學(xué)電氣工程教授Michal Lipson，是硅光子學(xué)領(lǐng)域的主要先驅(qū)之一。
“基本可以說(shuō)是這個(gè)實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了硅光子學(xué)，”Chris Phare說(shuō)，“我們?cè)谖锢韺W(xué)和器件級(jí)研究領(lǐng)域深耕多年。在此背景下，我們回過(guò)頭來(lái)審視激光雷達(dá)，思考如何利用硅光子學(xué)來(lái)改善激光雷達(dá)，使其具有更小的尺寸和更好的性能。”
Voyant Photonics解決了上述干涉問(wèn)題，并利用了調(diào)頻連續(xù)波技術(shù)（FMCW），使其激光雷達(dá)不僅能夠測(cè)量物體的距離，還能夠測(cè)量物體的運(yùn)動(dòng)速度（另一家激光雷達(dá)創(chuàng)新廠商Blackmore也是這樣做的）。他們獨(dú)特的芯片光束發(fā)射和轉(zhuǎn)向方案使他們打造了一款不僅結(jié)構(gòu)超緊湊，而且將發(fā)射器和接收器整合在一起的芯片，不僅縮小了尺寸，還具有很好的性能。
“小尺寸激光雷達(dá)就意味著低性能完全是一種誤解，”Phare解釋說(shuō)，“我們采用的硅光子架構(gòu)使我們可以在芯片上構(gòu)建非常高靈敏的接收器，這種接收器難以在傳統(tǒng)光學(xué)器件中集成。因此，我們能夠?qū)⒏咝阅芗す饫走_(dá)裝配到如此小巧的封裝中，而無(wú)需任何額外的或特異的組件。我們的激光雷達(dá)可以達(dá)到市場(chǎng)上其它廠商相當(dāng)?shù)囊?guī)格參數(shù)，只是我們的尺寸要小得多?！?/span>
不僅如此，它甚至可以像其它光子芯片一樣以常規(guī)方式制造。當(dāng)我們?cè)噲D從實(shí)驗(yàn)研究轉(zhuǎn)向產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)，這是一個(gè)巨大的加分項(xiàng)。
通過(guò)此輪430萬(wàn)美元融資，該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃將這項(xiàng)技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)移到工程和開(kāi)發(fā)人員手中。根據(jù)不同的應(yīng)用和行業(yè)，激光雷達(dá)的規(guī)格、尺寸和功率要求等有很大差異，因此，Voyant Photonics將根據(jù)各個(gè)領(lǐng)域的反饋來(lái)做產(chǎn)品開(kāi)發(fā)決策。
除了汽車之外（“這是一個(gè)如此龐大的應(yīng)用市場(chǎng)，開(kāi)發(fā)激光雷達(dá)的廠商永遠(yuǎn)無(wú)法忽視這個(gè)市場(chǎng)，”Miller表示），該團(tuán)隊(duì)還在和其它眾多潛在合作伙伴溝通。
相比Innoviz和Luminar等公司動(dòng)則過(guò)億美元的融資，Voyant Photonics仍處于剛剛起步的階段，但Voyant Photonics的優(yōu)勢(shì)在于它們打造了一種完全不同的技術(shù)方案。面對(duì)其它領(lǐng)先廠商已經(jīng)占據(jù)先機(jī)的大尺寸激光雷達(dá)，Voyant Photonics的產(chǎn)品無(wú)需畏懼競(jìng)爭(zhēng)。
“我們已經(jīng)在與無(wú)人機(jī)、機(jī)器人以及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等很多應(yīng)用領(lǐng)域的巨頭洽談，把它們最感興趣的優(yōu)勢(shì)展現(xiàn)給它們，”Phare說(shuō)道，“我們這款指尖激光雷達(dá)所帶來(lái)的意義，就像當(dāng)年把房間大小的計(jì)算機(jī)縮小到一顆芯片上一樣?！?/span>
Voyant Photonics此輪融資的投資方包括Contour Venture Partners、LDV Capital和美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究項(xiàng)目計(jì)劃局（DARPA）。
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