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激光雷達，究竟能做多?。?br />
雷達云圖實時（雷達云圖天氣預報）
最新進展：1平方厘米 。
【雷達云圖天氣預報 雷達云圖實時】沒錯，體積幾乎可以不計，只算面積，因為這是一款基于硅光子芯片的激光雷達 。
這意味著，如果實現(xiàn)量產(chǎn)，自動駕駛將擺脫鑲嵌或外掛，直接將激光雷達隱藏進車身 。
更重要的，這種集成在光子芯片上的激光雷達，能耗、效率、集成度與傳統(tǒng)激光雷達相比，理論上能有3-4數(shù)量級的提升 。
這項成果來自伯克利電子計算機系，并發(fā)表在Nature，共同一作張曉聲，還是2017級清華大學特獎獲得者 。
集成在芯片上的激光雷達，到底能不能看清東西？
直接看結果 。
這組實驗中，演示了一個最高具有128×128硅光子的MEMSFPSA（基于微機電系統(tǒng)的焦平面開關陣列），也就是說，這個設備將激光束隨機引導到視場范圍內中的16384個不同的點，而且切換時間為微秒級別 。
把交通標志常用材料制成的“CAL”字樣的3D目標，放置在距離雷達0.8m遠處，返回的雷達點云圖中可以清楚看出目標的形狀、尺寸、景深特征 。
另一組實驗，把目標分別移到5.2m、10m的距離，激光雷達點云圖依然能探測到物體信息 。
光子芯片激光雷達的視場范圍達到70°×70°，最高角分辨率為0.6°×0.6°，和32線傳統(tǒng)激光雷達相當 。
成像仍然是2D平面，并且有效探測范圍在10m左右，小于目前車規(guī)級激光雷達200m的范圍 。
但在兩組實驗中，這種激光雷達的發(fā)射功率分別為1mW和2mW*（連續(xù)波功率）* 。
作為對比，一個2代機械式32線激光雷達，典型功率在12W左右 。
無論這12w是指額定功率還是峰值功率，至少也比硅光子芯片激光雷達高數(shù)千至10000倍 。
所以，這種激光雷達就算是通過提高功率達到百米級有效探測距離，能耗依然會比傳統(tǒng)激光雷達小得多 。
而且據(jù)團隊介紹，這種新型激光雷達，不需要新的量產(chǎn)設備，常規(guī)的CMOS代工廠就能大規(guī)模生產(chǎn) 。
實現(xiàn)這些優(yōu)異性能的關鍵，就是前面說到的FPSA：焦平面開關陣列 。
首先要明白硅光子芯片是什么 。
電子是費米子，是有質量的物質，所以在傳輸信號時會因為質量的慣性產(chǎn)生較多的能量損耗，但光是玻色子，是物質之間的相互作用力，靜止質量為零，傳輸信號時能量損耗小 。
所以與電子相比，光子作為信息載體具有先天的優(yōu)勢：超高速度（數(shù)十TB/s）、超強的并行性（信息容量比電子高3-5個數(shù)量級）、超高帶寬、超低能耗 。
也正是因為光子的特殊性質，使得相同性能的前提下，光子芯片對制程工藝的要求低得多 。
這也是為什么CMOS產(chǎn)線就能量產(chǎn)硅光子芯片的原因 。
至于光子芯片的本質，就是在硅基底片上集成大量的光運算邏輯門，基礎構成依然是“或”、“與”、“非”…
只不過，光運算邏輯門是通過微型光束的“開關”來表示基礎的0和1 。
具體到這項研究上，團隊正是把光子開關用在了激光上，實現(xiàn)對激光的人為控制，這才將一個傳統(tǒng)意義上需要復雜機械、光學結構的激光雷達集成在一個1厘米見方的硅基底片上 。
FPSA上的每個“光開關”都能引導微型光束中的一束，充當“交警” 。
由于光子開關需要的能量很少，并且不會產(chǎn)生任何熱量，所以它們不會面臨電氣開關那樣的極限 。
FPSA中，光束穿過縱橫交錯的納米薄度的溝道陣列，然后到達某個光開關，開關關閉時，光線直接穿過溝道 。打開開關，會降低一個小斜坡，把光引導到上面的溝道，然后右再轉，使用第二個斜坡將光線降低回來 。
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