宽视场超表面增强扫描激光雷达可为自动驾驶带来希望

脉冲激光扫描激光雷达是自动驾驶和机器人移动的核心技术。在这里，定向光脉冲被反射物体反向散射，脉冲发射和检测之间的经过时间用于计算深度。这些对返回光脉冲的直接飞行时间(d-ToF)测量使复杂场景的三维成像成为可能。

目前，激光雷达技术要想在全球市场上实现大规模的工业应用，需要进行大量的发展，包括以高角度分辨率增强观测视场(FoV)、提高成像帧率、通过降低信噪比(SNR)扩大模糊范围、降低制造成本和部件尺寸等。

法国的Patrice Genevet团队提出了一种创新的解决方案，以解决激光雷达技术的一些局限性，并满足汽车激光雷达的苛刻要求。他们的研究成果发表在《先进光子学》杂志上。

超快高FoV超表面激光雷达的架构。

研究人员展示了超高速高视场脉冲超表面扫描激光雷达的实验原型。它使用由声光偏转器(AOD)调制的激光二极管，并将其与超表面结合，在水平和垂直方向上将FoV提高到150°。此外，超表面的光学特性不断变化，以扩大偏转器的窄视场。最后，系统的检测部分采用高灵敏度光电探测器，通过模数转换器实现数字化。

脉冲扫描激光雷达，虽然工作在一个简单的物理原理上，但通常遭受低信噪比和精度差的目标位于模糊范围内很远，即最大可测量距离。此外，在d-ToF成像固有的模糊范围和速度之间存在权衡。认识到这些问题，研究人员提出了一种新的成像技术，以软化脉冲扫描激光雷达中上述权衡。

受码分多址(CDMA)脉冲编码方法(一种传统上用于电信理论的多路复用照明技术)的启发，成像过程利用了AOD的高扫描速度，而不影响模糊范围或结构的简单性。该技术可以在低信噪比环境下成像。

实验结果表明，与传统的单脉冲激光雷达相比，分块CDMA技术将激光雷达的模糊范围扩展了35倍(以公里为单位)。它还提高了激光雷达图像的信噪比，在嘈杂环境或更远的距离中实现更好的性能。

研究人员强调，新的扫描激光雷达系统，利用超表面的能力，几乎满足了汽车激光雷达的要求，并有望实现新的应用。它结构紧凑，有可能缩小到芯片尺寸。这种小型化将为自动驾驶汽车和机器人行业开辟新的可能性和令人兴奋的前景。

该研究为下一代高速激光雷达提供了坚实的框架，提供了对新功能的见解，并为更多新颖的尖端技术打开了大门。这一科学进步改善了自动驾驶和自适应机器人的前景。

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