撰稿|由课题组供稿
随着自动化、无人驾驶汽车和机器人技术的飞速进展，LiDAR技术在智能交通和机器人领域的应用逐渐增多。LiDAR技术以其卓越的成像分辨率和更远的探测距离成为智能自动化系统的核心组件。它能够精确地测量物体的距离和速度，为自动驾驶汽车和机器人提供了关键的导航信息。
然而，许多现有的激光雷达技术仍然显得笨重、易损和昂贵。这主要是因为它们采用机械原理，通过旋转或者震动一个镜面或者稜镜来扫描激光。这些局限性阻碍了LiDAR技术的广泛应用和商业化进程。
因此，开发一种非机械光束偏转系统来扫描激光，成为了下一代LiDAR系统的关键挑战。华盛顿大学的团队选择了新颖的声光散射原理。传统的声光设备主要用在实验室仪器上。它们使用大块的特殊光学晶体和兆赫兹的声波频率，只能将激光束偏转一个小角度。华盛顿大学的团队创新的设计是将声光偏转器集成在一个铌酸锂芯片上。他们设计的芯片将声波和光波一同限制在铌酸锂衬底表面的平面波导内，所以显著提高了光声相互作用，从而增强了散射效率和扫描性能。他们还采用更高频率（GHz）的声波，更大大增加了声光散射偏转的角度。
本文介绍了一种基于芯片技术的声光波束控制的频率-角度分辨LiDAR技术。该技术使用集成的GHz频率的声波激发器在衬底表面产生声波，并巧妙地利用声波将片上传播的激光散射入自由空间。通过改变声波的频率来改变激光的散射角度，从而实现了一种全固态、低成本、高效的频率-角度分辨LiDAR成像系统。这一突破性技术有望推动LiDAR在自动化、导航和机器人领域的广泛应用。
该工作发明了一种基于芯片技术的声光波束控制和探测技术，突破了传统声光设备频率低、散射角度小的局限，实现了更大的偏转角度和更高的角度分辨率。
通过利用布里渊散射的物理特性，该工作实现了频率-角度分辨LiDAR技术，允许激光雷达使用分离的发射端和接收端，实现异步测量，并分别对收发两端进行优化，从而提供了极大的灵活性，因此利于进一步提供集成激光雷达的性能。
该工作使用了FMCW测距方式，实现了3D成像。声光偏转芯片的高速开关能力使得激光扫描速度达到百万点云每秒。
本研究创新了一种基于声光波束控制的3D成像激光雷达技术。这种新型激光雷达具有简单的系统结构、高效的光束扫描机制、频率空间的分辨能力、小型化和低成本等等优势。这一研究突破为激光雷达的广泛应用铺平了道路。这项技术还有很大的空间来改进和创新，从而进一步的提高系统的性能，是一项极有前景的技术。例如，通过使用更高质量的材料平台，目前较高的声学损失可以被大大降低，就能实现更长的光学孔径，大大的提高效率和增强光学品质。总体而言，这一技术为激光雷达领域带来了全新的可能性和前景，有望推动自动化和机器人技术的进一步发展。这一研究不仅为科学界带来了新的启示，也为工业界提供了新的方向，预示着未来更广泛、更实用的激光雷达应用的到来。
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