研究人員采用機(jī)械手段來控制激光,以提高激光雷達(dá)的性能。

自動(dòng)駕駛汽車不僅必須檢測(cè)快速移動(dòng)的物體,還必須能夠識(shí)別它們。將一束單頻激光束分裂成多個(gè)波長(zhǎng)將使分辨率成倍提高,從而達(dá)到這個(gè)目的。

Lidar是光探測(cè)和測(cè)距的縮寫。簡(jiǎn)單地說,激光雷達(dá)裝置測(cè)量光束到達(dá)目標(biāo)并反射所需的時(shí)間,從而確定它的距離。目前正在探索“調(diào)頻連續(xù)波”(FMCW)激光雷達(dá)。這種方法包括將一束單頻激光分裂成多個(gè)波長(zhǎng)的激光,稱為“頻率梳”,可以獲得更好的分辨率。

目前實(shí)現(xiàn)這一結(jié)果的手段有些笨重。不過,普渡大學(xué)和瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院(EPFL)光子學(xué)和量子測(cè)量實(shí)驗(yàn)室的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種新方法,利用聲學(xué)在硅片上創(chuàng)建和控制這種多頻率激光的光子組(photonic choir)。

什么是頻率梳?

激光頻率梳呈現(xiàn)數(shù)百個(gè)激光發(fā)射,每個(gè)占據(jù)一個(gè)確定的頻率范圍。然后,對(duì)于下一個(gè)頻率范圍,沒有激光發(fā)射。然后是下一個(gè)激光發(fā)射,它也保持一個(gè)確定的頻率范圍。

頻率與激光輻射強(qiáng)度的圖形圖將顯示與每個(gè)激光的頻率通道對(duì)應(yīng)的一個(gè)峰值。在這些通道之間有空洞,沒有測(cè)量到的能量,對(duì)應(yīng)的頻率跨度不包含激光發(fā)射。

它的形狀和梳子的輪廓一點(diǎn)也不像,因此得名。

聲學(xué)控制由激光創(chuàng)建的頻率梳,允許更有能力的激光雷達(dá)

微機(jī)電系統(tǒng)

研究人員在《自然通訊》上發(fā)表了他們的研究結(jié)果。這項(xiàng)技術(shù)使用由氮化鋁制成的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)傳感器來調(diào)制頻率梳,頻率范圍從兆赫到千兆赫不等。

MEMS是一種微型機(jī)電設(shè)備,可以與集成電路一起制造,其尺寸只有微米。在這種情況下,其組合是與氮化硅光子學(xué)晶片。

這種光調(diào)制技術(shù)集成了力學(xué)和光學(xué),以及兩者的制造過程。MEMS傳感器實(shí)際上是在氮化硅光子學(xué)上制造而來。這使得制造方法更加容易,從而具有更大的商業(yè)可行性。

《自然》雜志論文的第一作者劉俊秋表示:“這一成就將集成光子學(xué)、MEMS工程和非線性光學(xué)連接起來,代表了基于芯片的微梳技術(shù)的一個(gè)新的里程碑。”劉還在EPFL的微陽極技術(shù)中心領(lǐng)導(dǎo)氮化硅光子學(xué)芯片的制造。

按照EPFL物理學(xué)教授Tobias Kippenberg的說法,“還沒有預(yù)料到的應(yīng)用程序?qū)⒃诙鄠�(gè)社區(qū)中繼續(xù)進(jìn)行。“時(shí)間已經(jīng)證明,混合系統(tǒng)可以獲得比單個(gè)成分更大的優(yōu)勢(shì)和功能。”

各行各業(yè)都需要它

Kippenberg的話很有先見之明,因?yàn)榧す忸l率梳正在逐漸成為出于各種目的的一個(gè)重要研究領(lǐng)域。

美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所(NIST)和加州大學(xué)圣巴巴拉分校(UCSB)正在研究激光頻率梳,以便在同一根光纜上同時(shí)容納更多的信號(hào)。此外,來自UCSB、加州理工學(xué)院和瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院(EPFL)的研究人員正在探索這項(xiàng)技術(shù),著眼于生產(chǎn)更小、更輕、更便宜的光學(xué)時(shí)鐘。