La detección y el alcance de la luz LiDAR comprendió una serie de técnicas que utilizan luz láser para medir distancias multiplicando el retraso de tiempo entre las señales ópticas transmitidas y recibidas con la velocidad de la luz. Los sensores modernos 3D LiDAR combinan una alta resolución lateral / vertical y radial,y son componentes clave en la revolución en curso de los automóviles autónomos de nivel 4 y 5.
La importancia de la detección 3D LiDAR tiene sus raíces en el desafío de conducción autónoma DARPA de 2007 con la introducción de los primeros sensores de matriz láser de giro Velodyne que miden hasta 128 líneas láser en paralelo. La mayoría de los sensores LiDAR modernos se basan en la operación del tiempo de vueloprincipio donde se emiten pulsos cortos o patrones de pulso desde la apertura del sensor y la potencia de la luz reflejada se detecta mediante un fotodetector de ley cuadrada.
Un principio diferente es el del alcance coherente del láser, lo más importante, LiDAR de onda continua modulada en frecuencia FMCW, donde el láser está configurado para emitir chirridos lineales de frecuencia óptica. La mezcla heterodina con una réplica de la luz láser emitida mapea el objetivodistancia a una radiofrecuencia.
La detección coherente tiene muchas ventajas inherentes, como la resolución de distancia mejorada, la detección de velocidad directa a través del efecto Doppler y la impermeabilidad al resplandor e interferencia de la luz solar. Pero la complejidad técnica de controlar con precisión los láseres ágiles de frecuencia de ancho de línea estrecho hasta ahora ha impedido el éxitoparalelización de FMCW LiDAR.
Ahora, los investigadores del laboratorio de Tobias Kippenberg en EPFL han encontrado una nueva forma de implementar un motor paralelo FMCW LiDAR mediante el uso de circuitos fotónicos no lineales integrados. Acoplaron un solo láser FMCW en un microresonador plano de nitruro de silicio, donde la onda continuala luz láser se convierte en un tren de pulsos ópticos estable debido al doble equilibrio de dispersión, no linealidad, bombeo y pérdida de cavidades.
El estudio ha sido publicado en Naturaleza .
"Sorprendentemente, la formación del solitón disipativo de Kerr, no solo persiste cuando se hace sonar el láser de la bomba, sino que transfiere el chirrido fielmente a todos los dientes de peine generados", dice Johann Riemensberger, postdoctorado en el laboratorio de Kippenberg y primer autor delestudiar.
El pequeño tamaño del microresonador significa que los dientes del peine están separados 100 GHz, lo que es suficiente para separarlos usando una óptica de difracción estándar. Debido a que cada diente del peine hereda el chirrido lineal del láser de la bomba, fue posible crear hasta30 canales independientes FMCW LiDAR en el microresonador.
Cada canal es capaz de medir la distancia y la velocidad de un objetivo simultáneamente, mientras que la separación espectral de los diferentes canales hace que el dispositivo sea inmune a la diafonía de canales, así como un ajuste natural para la cointegración con arreglos ópticos en fase recientemente implementados basados enemisores de rejilla ópticos integrados fotónicos.
La separación espacial de los haces emitidos y el funcionamiento en la banda de longitud de onda de 1550 nm relaja las limitaciones de seguridad de los ojos y la cámara, que de otro modo serían estrictas. "La tecnología desarrollada aquí en EPFL podría mejorar diez veces las tasas de adquisición de FMCW LiDAR coherente", dice AntonLukashchuk, estudiante de doctorado en el laboratorio de Kippenberg.
El concepto se basa en microresonadores de nitruro de silicio de alta calidad con pérdidas récord entre las plataformas de guía de ondas no lineales planas, que se produjeron en el Centro de MicroNanotecnología CMi de EPFL. Los microresonadores de nitruro de silicio ya están disponibles comercialmente por EPFL spinoff LiGENTEC SAque se ha especializado en la fabricación de circuitos integrados fotónicos PIC basados en nitruro de silicio.
Este trabajo allana el camino para la aplicación generalizada de LiDAR coherente en aplicaciones de vehículos autónomos en el futuro. Los investigadores ahora se centran en la cointegración heterogénea de láser, microresonadores no lineales de baja pérdida y fotodetectores en un paquete fotónico único y compacto.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Escuela Politécnica Federal de Lausana . Original escrito por Johann Riemensberger, Nik Papageorgiou. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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