科學家攻克激光雷達抗干擾和高精度并行探測世界性難題

北京大學電子學院王興軍教授課題組-常林研究員課題組在兩年攻關的基礎上，研制出一種全新的硅基片上多通道混沌光源，提出了一種基于混沌光梳的并行激光雷達架構，攻克了激光雷達抗干擾和高精度并行探測這兩個世界性難題，保證高性能高安全的同時，極大降低未來激光雷達系統體積、復雜度、功耗和成本。團隊的研究成果《突破時間-頻率擁塞的并行混沌激光雷達》于日前發表在《自然-光子學》雜志。

　　隨著高級別自動駕駛的日益普及，確保行駛舒適安全的激光雷達作為其核心器件，受到越來越多的重視。高性能、小體積、低成本、低功耗、高安全的激光雷達是未來廠商競相追逐的方向。研究團隊通過集成微腔光梳的調制不穩定狀態產生天然的多通道隨機調制信號，使其信號混沌帶寬可超過7GHz，且光梳的調制不穩定態在18GHz的失諧范圍內展現出良好的魯棒性，能夠應對外部泵浦光源的頻率抖動。同時，材料的高非線性系數使產生的調制不穩定光梳的閾值功率相比其他材料平臺低1~2個數量級，能夠與片上分布式反饋激光器共集成。

　　在此基礎上，研究團隊還搭建了并行激光雷達演示系統并對實物目標進行了高精度三維成像，驗證了10通道規模的單像素成像，證明了各通道間良好的正交隔離性。此外，研究團隊還對接收信號在不同信號干擾混疊下的抗噪功率抑制比進行了測試，實測可得在3dB閾值判據和12.5微秒積分時間下，單路信號的功率動態范圍接近60dB，對調頻連續波信號的抗噪功率抑制比接近30dB，對自身隨機調制信號的抗噪功率抑制比可達22dB，展現出了良好的有源抗干擾能力。上述結果有望推動下一代高性能抗干擾激光雷達的變革。

　　記者了解到，最近幾年，研究團隊在集成光電子學方面也取得了多項重要進展，包括實現了Tb/s硅基片上大容量光通信和跨C-V波段高精度微波光子信號處理、鈮酸鋰集成光子芯片、1.04TOPS/mm2高算力密度片上光計算、30nm極小粒徑病毒檢測、36μW最低功率閾值光學頻率梳光源等多個國際領先成果。