當谷歌在2010年推出其第一款自動駕駛汽車時，安裝在車頂上的旋轉激光雷達(又稱“瞭望塔”)一下子成為了焦點。與攝像機和雷達一起，激光雷達可以繪制周圍環境的3D地圖，以幫助這些汽車避開障礙和安全駕駛。

從那時起，廉價的芯片攝像頭和雷達系統就成為了防撞和高速公路自動駕駛的主流。不過，不少激光雷達導航系統仍然是笨重的機械設備，成本高達數千美元，不少在可靠性也難以滿足車規級的要求。

固態激光雷達還能不能再再小一點、再輕薄一點？近日，加州大學伯克利分校（UC Berkeley）的研究人員宣布開發出一種只有1平方厘米的基于硅光子芯片的固態激光雷達，他們的成果本周三發表在《自然》（Nature）雜志上。

示意圖：固態激光雷達芯片發射激光從一個光學天線連接到一個小開關，反射光被同一天線捕獲，依次打開陣列中的開關即可獲得三維圖像。

（圖片來源：UC Berkeley）

該校電氣工程和計算機科學教授、這項研究的負責人Ming Wu表示，為了克服這些瓶頸，他們開發出了一種可以使激光雷達技術更便宜、更緊湊的方案，同時保持其高性能。

這項任務的主要挑戰之一是制造一個集成的光束掃描儀，它可以“控制”輸出的激光向不同的方向掃描整個場景。

研究人員們在10毫米×11毫米的硅光子芯片上制造了一個集成波束掃描器的激光雷達，他們稱之為焦平面開關陣列（focal plane switch array，FPSA）。這一陣列是一種基于半導體的微米級天線矩陣，可以像數碼相機中的傳感器一樣收集光，最終將激光雷達系統小型化并集成到單個芯片中，1厘米平方的芯片上就集成了16384個像素。

Ming Wu補充稱，單芯片使激光雷達類似于智能手機攝像頭。但是，LiDAR比智能手機相機更復雜，因為每個像素都需要接收光線，但也需要發射“從目標反彈回來的激光”。

該小組的設計使用了微型微機電系統(MEMS)開關，而不是更常見的熱光開關。與熱光開關相比，它們更小，使用更少的功率，切換更快，且光損耗非常低。新型激光雷達的性能與32線激光雷達相當，能耗卻降低10000倍。

該研究的兩位共同第一作者Xiaosheng Zhang和Kyungmok Kwon解釋稱，MEMS開關物理上移動波導(一種引導電磁波的管)，將光上下傳送到每個像素點，這將像素大小從幾百微米縮小到了50微米。隨后，該團隊能夠將1平方厘米芯片上的像素數從512增加到16384，同時能耗顯著降低。

通過使用類似的硅技術，他們打算將這項技術應用在更高分辨率、更遠測距的激光雷達系統中，并將其推向商用市場。Ming Wu認為，蘇日安該系統的測距目前只有10米，但他們確信這一距離可以達到100米，甚至300米。

該設計采用了用于生產計算機處理器的互補金屬氧化物半導體(CMOS)技術，可擴展到百萬像素大小。這可能會為自動駕駛汽車、無人機、機器人甚至智能手機帶來新一代功能強大、成本低廉的3D傳感器。

審核編輯 ：李倩