激光雷達常被用于中距離的環(huán)境感知,因為遠(yuǎn)距離應(yīng)用,雷達有優(yōu)勢;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,就是激光雷達的舞臺了。
不幸的是,即使是目前最緊湊的激光雷達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)備的激光雷達通常尺寸要更大。如果激光雷達尺寸足夠小,它們可以隱藏在汽車的每個角落,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,尺寸小同時也意味著更低的功耗,無需破壞現(xiàn)有的線路和設(shè)計。如果能夠?qū)崿F(xiàn)這樣的微尺寸和功耗,激光雷達還將進入汽車以外更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。
傳統(tǒng)的機械式激光雷達一般通過每秒多次掃描場景,然后測量其反射以跟蹤物體的距離。但這種機械掃描激光雷達通常體積較大,速度慢且易于失效,因此創(chuàng)新的開發(fā)商正在嘗試各種其它技術(shù)方案,例如瞬間照亮整個場景的Flash激光雷達,或是利用超構(gòu)材料進行光束轉(zhuǎn)向的方案等等。
硅光子學(xué)方案似乎已經(jīng)準(zhǔn)備好在激光雷達領(lǐng)域參與競爭,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)點以提供超快、低熱的信號處理。Voyant Photonics正是開創(chuàng)了一種將硅光子學(xué)應(yīng)用于激光雷達的解決方案。
過去,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,而受限于低視場和低功率。
Voyant Photonics開發(fā)的“光學(xué)相控陣”技術(shù)方案,通過仔細(xì)研究改變穿過芯片的光波相位來繞開這個問題。其結(jié)果得到了一個完全沒有運動元件,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光。
“這是一項突破性的賦能技術(shù),利用該技術(shù)實現(xiàn)的激光雷達是如此之小,”Voyant Photonics聯(lián)合創(chuàng)始人Steven Miller說,“這里我們討論的可是立方厘米級別的尺寸。很多電子產(chǎn)品根本無法容納目前市場上像壘球大小的激光雷達,例如無人機,對重量很敏感的產(chǎn)品,或機器人技術(shù),它需要將激光雷達嵌入機器手臂的尖端?!?/span>
Steven Miller及其聯(lián)合創(chuàng)始人Chris Phare來自美國哥倫比亞大學(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。
“基本可以說是這個實驗室發(fā)明了硅光子學(xué),”Chris Phare說,“我們在物理學(xué)和器件級研究領(lǐng)域深耕多年。在此背景下,我們回過頭來審視激光雷達,思考如何利用硅光子學(xué)來改善激光雷達,使其具有更小的尺寸和更好的性能。”
Voyant Photonics解決了上述干涉問題,并利用了調(diào)頻連續(xù)波技術(shù)(FMCW),使其激光雷達不僅能夠測量物體的距離,還能夠測量物體的運動速度(另一家激光雷達創(chuàng)新廠商Blackmore也是這樣做的)。他們獨特的芯片光束發(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。
“小尺寸激光雷達就意味著低性能完全是一種誤解,”Phare解釋說,“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_裝配到如此小巧的封裝中,而無需任何額外的或特異的組件。我們的激光雷達可以達到市場上其它廠商相當(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)我們試圖從實驗研究轉(zhuǎn)向產(chǎn)品開發(fā)時,這是一個巨大的加分項。
通過此輪430萬美元融資,該團隊計劃將這項技術(shù)從實驗室轉(zhuǎn)移到工程和開發(fā)人員手中。根據(jù)不同的應(yīng)用和行業(yè),激光雷達的規(guī)格、尺寸和功率要求等有很大差異,因此,Voyant Photonics將根據(jù)各個領(lǐng)域的反饋來做產(chǎn)品開發(fā)決策。
除了汽車之外(“這是一個如此龐大的應(yīng)用市場,開發(fā)激光雷達的廠商永遠(yuǎn)無法忽視這個市場,”Miller表示),該團隊還在和其它眾多潛在合作伙伴溝通。
相比Innoviz和Luminar等公司動則過億美元的融資,Voyant Photonics仍處于剛剛起步的階段,但Voyant Photonics的優(yōu)勢在于它們打造了一種完全不同的技術(shù)方案。面對其它領(lǐng)先廠商已經(jīng)占據(jù)先機的大尺寸激光雷達,Voyant Photonics的產(chǎn)品無需畏懼競爭。
“我們已經(jīng)在與無人機、機器人以及增強現(xiàn)實等很多應(yīng)用領(lǐng)域的巨頭洽談,把它們最感興趣的優(yōu)勢展現(xiàn)給它們,”Phare說道,“我們這款指尖激光雷達所帶來的意義,就像當(dāng)年把房間大小的計算機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和美國國防高級研究項目計劃局(DARPA)。
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