MIT 研製矽光子芯片 拓寬無機械部件激光雷達視野

麻省理工學院（MIT）研究人員開發出一款新型矽光子晶片設計，有望令雷達（lidar）系統變得更細小、更堅固及更精準。此進展針對晶片式雷達系統長期存在的弱點：光學天線之間的訊號干擾導致視野範圍狹窄。雷達系統利用紅外光脈衝，協助自動駕駛車輛偵測障礙物並繪製周圍環境。但現有系統仍昂貴且機械結構複雜。許多系統依賴會隨時間磨損的移動部件，令其難以擴展至交通及工業領域的更廣泛商業應用。

更廣闊掃描角度

MIT 研究人員設計出一款整合天線陣列，減少矽光子晶片上天線之間的不必要串擾。此改進讓雷達系統在維持低噪聲表現下，掃描更廣闊視野範圍。矽光子技術使用光代替電訊號處理資訊。工程師視其為緊湊雷達系統的潛力途徑，因為可將光學硬件縮小至半導體晶片上。然而，先前矽光子雷達設計難以有效掃描邊緣角度。現有拓寬視野的方法往往引入額外噪聲並降低測量精準度。MIT 團隊透過重新設計晶片上天線互動方式，解決此問題。

他們的方法抑制寬角度掃描時通常會破壞訊號品質的干擾。研究人員相信，此進展可支援下一代用於自動駕駛、空域繪圖及工業監測的雷達系統。 傳統雷達感測器常使用旋轉鏡或機械掃描系統引導雷射光束。這些移動部件增加成本並降低長期耐用性。固態雷達系統避免此問題，因為無移動組件。矽光子晶片提供以緊湊半導體封裝建構此類系統的方法。MIT 新設計進一步推進此概念，同時改善掃描能力及訊號清晰度。

研究人員表示，此舉有助工程師開發更細小且易整合至車輛、無人機及測量設備的雷達感測器。此技術亦可在可靠性至關重要的嚴苛環境中提升表現。建築監測及空域測量作業常需在大範圍內精準感測。 研究強調對光學相位陣列的興趣日益增加，此技術以電子方式而非機械方式導引光線。工程師視其為未來雷達系統的關鍵技術，因為可無需物理移動即快速導引雷射光束。但光學相位陣列在視野範圍及訊號品質上存在重大限制。

MIT 的新型天線陣列架構旨在克服這些瓶頸，同時保留先進導航系統所需的精準度。「我們在本研究中展示的功能，解決了整合光學相位陣列技術的基本問題，讓未來雷達感測器能實現遠高於以往的表現，」MIT 電機工程及電腦科學系 Robert J. Shillman 職業發展副教授兼本研究資深作者 Jelena Notaros 表示。此研究可加速晶片規模雷達系統在未來數年於交通、機器人、国防及工業感測市場的商業化努力。