圖1 混沌單光子激光測量系統

激光探測感知技術一直是科技領域的前沿熱點，在航空航天、智能駕駛等眾多領域有著廣泛而重要的應用。微電子所以應用做牽引，聚焦光子集成激光探感技術的發展方向，重點在單光子激光雷達(Single Photon LiDAR，SPL)、高精度調頻連續波(Frequency Modulated Continuous Wave，FMCW)激光探測以及片上集成激光雷達等方面開展技術創新與應用拓展工作。

單光子激光探測技術是當前研究熱點，具有光子級靈敏度、0/1輸出和易于陣列化等特性，從根本上提高了對光信號的利用率并改變了數據處理方式。團隊針對單光子探測技術中光子級靈敏度易受噪聲干擾等問題，建立探測理論模型指導系統設計工作。依托原有光子計數激光雷達開發經驗，在國際上首次提出了利用單光子雪崩光電二極管(Single photon avalanche diode，SPAD)探測器響應物理隨機的光混沌信號產生真隨機序列，通過物理隨機編碼技術實現了高效且強魯棒特性的混沌單光子探測。該系統相較于傳統脈沖累積單光子激光雷達與偽隨機編碼單光子激光雷達，在解決了去模糊距離問題后，其抗干擾、抗串擾等指標也有著顯著提升。相關研究成果系統設計與性能分析研究成果分別發表在“Applied Optics：Improving the ranging performance of chaos LiDAR”、“Optics Express：Chaos single photon Lidar and the ranging performance analysis based on Monte Carlo simulation”、“Optics and Laser Technology：Efficient and robust chaos single photon lidar”、“集成技術：數字混沌激光雷達”等期刊。

圖2 叉指波導光柵天線陣列

FMCW激光測量技術作為一種具有測距測速一體、探測精度高、抗干擾能力強的新型激光測量技術，團隊從調頻、發射、掃描、探測和處理等角度凝練主要關鍵技術，梳理片上集成FMCW激光雷達在相關領域的應用前景和典型系統示例，展望片上集成FMCW激光雷達面臨的潛在挑戰及發展趨勢。團隊博士研究生袁野聚焦關鍵技術解決方案，開展一系列研究工作，首先針對光學相控陣(Optical Phased Array，OPA)遠場光斑發散、發射損耗較大、掃描視場受限等問題，提出一種新型的氮化硅-硅雙層叉指波導光柵天線陣列。針對非均勻OPA峰值旁瓣水平隨著掃描角度的增大而減小的問題，提出一種基于混沌序列的雙重自適應度遺傳算法優化天線陣列。相關工作發表在“Applied Optics：Novel interdigital waveguide grating antenna array for optical phased array”、“Optics and Lasers in Engineering：Non-uniform optical phased array based on dual-adaption genetic algorithm improved by chaos sequence”等期刊中，微電子所袁野博士為第一作者，朱精果研究員為通信作者。

上述研究為未來激光探感技術片上化、智能化、多維化、感算一體提供新路線和新思路。基于上述研究成果的文章《單光子激光雷達技術發展現狀與趨勢》、《片上集成FMCW激光雷達研究進展》，分別被期刊《光電工程》、《紅外與激光工程》選為封面論文，微電子所朱精果研究員為第一作者及通信作者。

審核編輯 黃宇