激光雷達（LiDAR）是通過發射激光，計算發射和接收光信號之間的時間延遲乘以光速來實現距離測量。現代3D激光雷達（LiDAR）傳感器擁有較高的水平分辨率、垂直分辨率和徑向分辨率，是4級（level 4）和5級（level 5）自動駕駛汽車持續發展的關鍵組件。

據麥姆斯咨詢報道，3D激光雷達傳感技術在自動駕駛領域的應用起源于2007年美國國防部高級研究項目署（DARPA）自動駕駛挑戰賽，當時首次采用Velodyne的128線機械旋轉式激光雷達。大多數現代激光雷達傳感器都采用脈沖式飛行時間法（ToF）的原理。脈沖式ToF激光雷達的原理是通過傳感器孔徑發射出短脈沖或脈沖模式的激光，并使用平方律光電探測器探測返回的光功率，從而計算出距離。

相干激光測距的原理則與脈沖式激光測距不同，最典型的是調頻連續波（FMCW）激光雷達。FMCW激光雷達對發射激光進行線性光學頻率啁啾調制，并與發射激光的“復制品”混合形成外差，從而將目標距離轉換為無線射頻。

相干探測具有許多固有的優勢，例如增強的距離分辨率，利用多普勒效應直接進行速度檢測，避免了太陽光眩光和干擾。但是，迄今為止，精確控制線性調頻窄線寬激光的技術非常復雜，這成為FMCW激光雷達實現并行測量的主要障礙。

如今，洛桑聯邦理工學院（EPFL）的Tobias Kippenberg實驗室的研究人員找到了一種通過使用集成非線性光子電路來實現并行FMCW激光雷達引擎的新方法。他們將單個FMCW激光器耦合到氮化硅平面微型諧振器中，由于色散、非線性、腔體泵浦和損耗的雙重平衡，連續波激光被轉換為穩定的光脈沖序列。

該研究已發表在《自然》（Nature）雜志上。

“令人驚訝的是，形成的耗散克爾光孤子不僅在泵浦激光被啁啾調制時持續存在，而且還將啁啾激光不失真地傳遞給所有產生的梳齒，”Kippenberg實驗室的博士后、該研究的第一作者Johann Riemensberger說。

該款微諧振器的小尺寸意味著其梳齒間距為100 GHz，這足以用標準的衍射光學元件分離它們。由于每個梳齒都獲得了泵浦激光的線性啁啾，因此可以在微諧振腔中創建多達30個獨立的FMCW激光雷達通道。

每個通道可同時測量目標的距離和速度，而不同通道的光譜分離使器件不受通道串擾，并可與最新基于光子集成光柵發射器的光學相控陣完美集成。

該器件的發射光束可以進行空間分離，且工作波段為1550 nm，能滿足人眼安全要求，并不受攝像頭的安全性限制。Kippenberg實驗室的博士生Anton Lukashchuk說：“在不久的將來，EPFL開發的技術可將FMCW激光雷達的采樣率提高10倍。”

這一概念依賴于平面非線性波導平臺中歷史最低損耗的高質量氮化硅微諧振器，由EPFL的微納米技術中心（CMi）生產。這種氮化硅微諧振器已經由EPFL拆分出來的LiGENTEC SA公司投入市場，該公司專注于基于氮化硅的光子集成電路（PIC）制造。

該研究為相干激光雷達在未來自動駕駛車輛中的廣泛應用鋪平了道路。目前，研究人員正致力于將異構集成激光器、低損耗非線性微諧振器和光電探測器集成到單個緊湊的光學封裝體中。