芯片式激光雷达Sweeper调研

背景概述

小型化、低成本、高可靠的非机械扫描技术为激光雷达的军用和商用领域打开了一扇新的大门。——DARPA

Sweeper

2015年5月21日DARPA发布了Sweeper技术，对该技术的形容为Wide-Angle Optical Phased Array Technology（广角光学相控阵技术）。该技术将激光雷达的机械扫描方式改进为光学相控阵扫描，实现了小型化、低成本、高可靠的目标。

Sweeper技术基于DARPA之前的另一项研究成果Electronic-Photonic Heterogeneous Integration (E-PHI)。

Sweeper的突出特点和性能优势

• 扫描速率：每秒钟可往返100,000次，比机械结构激光器快10,000倍。（注意，《DARPA研发芯片式激光雷达》这篇文章中的说法有误，不是发射频率快10,000倍，而是扫描速率。）
• 扫描角度：51°（一说-45°~+45°），小于常见的机械式360°扫描。但可以通过多个拼接的方式达到全方位扫描。
• 光学相控阵：64x64阵元，阵元间距0.8~2μm，精度要求在100nm。依靠PIC（photonic integrated circuit）技术可以达到这个要求。
• 发射速率？：高于4x106 o/sec。
• 旁瓣抑制：30dB。

项目进展

四个团队实现了DARPA提出的Sweeper技术，它们是麻省理工、加州大学圣芭芭拉分校、加州大学伯克利分校和美国HRL实验室。现在Sweeper的研究已经进入尾声，DARPA正在寻找潜在的合作伙伴以实现商用。

该技术在包围监视（encompassing surveillance）、3D成像、精确定位（precision targeting）、制导、导航和建筑物与洞穴的雷达测绘方面将会有广泛的应用。

参考资料

Short-Range, Wide Field-of-View Extremely agile, Electronically Steered Photonic Emitter (SWEEPER) Dr. Josh Conway
SWEEPER Demonstrates Wide-Angle Optical Phased Array Technology DARPA
Lidar-on-a-Chip: Scan Quickly, Scan Cheap Philip E. Ross