雷达@斯坦福研究登Nature子刊：芯片上实现激光雷达技术，量产价格低至数百美元
北京联盟_本文原题：斯坦福研究登Nature子刊：芯片上实现激光雷达技术 ， 量产价格低至数百美元
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一直以来 ， 是否采用激光雷达都是区分自动驾驶技术派系的「三八线」 ， 相比 Waymo、Cruise 等中规中矩采用激光雷达方案的传统派 ， 马斯克一直秉持着 AI 视觉方案+毫米波雷达取代激光雷达的思路 。
这背后的核心原因在于激光雷达有两大致命短板：
一是目前成本十分昂贵 。 二是在雨雪雾等极端天气下精度会下降的很厉害 。
一般来说 ， 一台自动驾驶汽车不只需要一台激光雷达 ， 才能导航并避开包括行人在内的障碍物 ， 之类传感器不仅块头大立在车顶影响美观 ， 而且目前价格也处在 8,000 至 30,000 美元左右 。
年初 CES 期间 ， 大疆所收购的 Livox 公司一举推出 599 美元起步的激光雷达产品线 ， 让市场颇为激动 。 说到底 ， 还是激光雷达太贵了！
撰文 | 力琴、吴昕
编辑 | 四月
近日 ， 学术界传来好消息 ， 来自斯坦福大学工程学院的教授 Jelena Vuckovic 及其团队提出了一种新方法——将车顶那颗难看又显眼的「烟囱」缩小到单颗硅芯片上 ， 并且以数百美元的价格批量生产 。
如果这项成果被证明在商业上可行 ， 那么它将有助于开创自动驾驶汽车的新时代 。
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斯坦福大学工程学院教授 Jelena Vuckovic
Jelena Vuckovic 及其团队的研究成果已经发表于三月份《Nature》的子刊《Nature Photonics（自然 光子学）》 ， 论文题为《Inverse-designed non-reciprocal pulse router for chip-based LiDAR》（逆向设计的片上激光雷达非互易性脉冲路由器） 。
所谓激光雷达 ， 实际上是「光检测和测距」的简写 ， 在概念上与雷达相同 ， 只是它使用光代替无线电波来「看到」人眼不可见的事物 ， 根据光脉冲向前发送和光束反射回探测器之间的延迟来测量汽车和物体之间的距离 。
与雷达单元相比 ， 激光雷达单元在检测人和狗等生物方面做得更好 ， 但是雷达在穿透雾 ， 烟雾 ， 雨水和其他大气异常方面表现更好 。
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Vuckovic 教授的研究突破在于： 研究人员使用一种称为逆向设计的过程 ， 创建了一种强大的算法 ， 该算法可以沿一个方向向外发送一束红外光 ， 并测量反射回来需要多长时间 。 这些信息有助于揭示光束路径中的物体 。 （补充背景：由于硅对红外线是透明的 ， 就像玻璃对可见光是透明的一样 。 ）
换句话说 ， 算法为实际的光子电路绘制蓝图 ， 光子电路执行特定的功能 ， 将激光束发射到汽车前方 ， 以定位道路上的物体 ， 并将反射光反射回探测器 。
研究表明 ， 这种以硅为基础的芯片级非互易器件的发展 ， 可能会为光通信和激光雷达（光探测和测距）的应用带来新的非线性器件和系统 。
研究团队认为基于χ（3）的互易性器件从根本上受到时间反转对称性和热力学因素的限制 ， 但它们的无源、无偏压 ， 简单的体系结构使其特别适合集成光子学 ， 这对芯片级激光雷达具有特殊的意义 。
一
更小的激光雷达器件如何实现？
这项研究主要基于硅基光电子技术 ， 在上个世纪 80 年代被提出了 ， 并取得了一些成果 。 但是由于硅的特性 ， 使得硅基有源器件一直无法发展 。 直到 2004 年 Intel 公司在《nature》上发表硅基 MOS 结构的调制器 ， 真正商业化的硅光技术才开始发展 ， 到目前 ， 硅光技术也得到了迅速的发展 。
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