在CES2021上,Intel的子公司Mobileye展示了他们基于硅光芯片的Lidar技术,并有望2025年实现量产。Mobileye采用FMCW的技术方案,这里着重介绍一下相关的Lidar方案。
先简单介绍下Mobileye公司,它是一家以色列初创公司,成立于1999年,其主要产品为ADAS(advanced driver assistant system), 市场占有率约80%,它在2017年被Intel以153亿美金收购。
Mobileye的激光雷达采用了FMCW这一技术方案,所谓FMCW, 全称是frequency modulated continous wave, 顾名思义,有两点,
1)其激光源采用连续光,而不是脉冲光
2)激光源的频率在连续变化
其工作原理图如下图所示,
(图片来自文献1)
激光器发射出的光分为两部分,一部分传输到目标物体处,一部分保留在本地。经物体反射回来的光,与本地的光发生干涉,两者之间的频率差可以通过外差相干检测的办法获得。激光器到物体的距离,与拍频的频率成正比,由此可以推断出物体的距离,
此外还可以基于多普勒效应,推算出物体的速度,如下图所示,
(图片来自文献1)
FWCW的主要优势有以下几个方面:
1) 由于基于相干检测的方案,其探测灵敏度高
2)抗干扰能力强,只有满足特定频率条件的光才会被检测到,不受环境辐射、天气、其他激光雷达的影响
3)可以同时测量位置和速度
如果将FMCW方案所涉及到的光学元件全部片上集成,似乎和transceiver非常相似,有Tx端和Rx端。
Intel在硅光领域深耕了数十年,更是业界唯一可以实现III-V与硅异质集成激光器的玩家,也是为数不多的可以量产硅光transceiver的公司之一。利用其在异质集成激光器方面的积累,实现频率可调谐的激光源,这是Mobileye的优势之一。Mobileye在CES2021上并没有展示太多的技术细节,只有一幅照片,看不出太多的技术细节。
小豆芽找到了一篇Ghent大学的文章,可以做一下参考,其光路如下图所示,
(图片来自文献2)
光芯片中的主要光器件为分束器、探测器,Tx和Rx各有8个通道,看上去非常简单,系统需要一个外置的可调谐激光源。
以上是对FMCW技术的简单介绍,Mobileye借助于Intel在硅光领域的深厚积累,会大大加速其Lidar产品的研发进度。伴随着自动驾驶时代的来临,Lidar作为硅光的一个重要应用,如果能实现量产,也会促进硅光领域的进步,而不仅限于光模块。
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参考文献:
- P. Sandborn, PhD thesis, "FMCW Lidar: Scaling to the Chip-Level and Improving Phase-Noise-Limited Performance"
- A. Martin, et.al., "Photonic Integrated Circuit-BasedFMCW Coherent LiDAR", Journal of Lightwave Technology 36, 4640(2018)