这里的材料就是硅，对于红外波长的光来说，它是透明的。改变硅中光速的一种方法是让声波穿过它，这是华盛顿大学研究人员正在研究的一种用于激光雷达的技术。另一种方法是改变温度：硅越热，通过它的光越慢。这就是热光移相器背后的原理。由于一块芯片上有数千个移相器，因此要确保每个移相器的功耗低到只有几微瓦，这一点很关键。这在加热的情况下很难做到。为此我们避开了加热需求，采用电光而不是热光移相器。这种方法还使我们能够更快地改变光束方向，以超过每秒一百万条扫描线的速度穿越视野。尽管如此，还要克服一项挑战，即如何将众多紧密间隔的光波导与调整其中光速所需的电子设备连接起来。我们使用倒装芯片技术解决了这个问题：一块互补金属氧化物半导体芯片上有数千个涂有焊料的铜凸点，间距约为75微米，差不多是人头发直径的一半。通过这个方案，我们的硅光子芯片可以与半导体电子芯片实现永久配合，其中，半导体电子芯片包含所需的数字逻辑和一组相匹配的铜凸点。然后，对电子芯片发出简单指令就可以驱动数千个光子元件以适当的方式扫描光束。目前，Analog Photonics公司已经制造并向行业合作伙伴交付了全球第一批全固态光束扫描激光雷达原型机，这些合作伙伴是直接向汽车制造商提供汽车设备的公司。我们已经解决了大部分基础工程挑战，现在专注于提高激光雷达的性能，以满足产品的技术指标。我们希望将我们的发明转化为实际产品，在2025年为汽车行业生产大量样品。当下，我们正在开发两种不同版本的激光雷达：一种是长距离版本，安装在汽车前部，用于高速公路行驶；另一种是短距离版本，视野更广，可提供车辆周围环境的完整覆盖。这两种传感器的光子集成电路具有不同的光学相控阵，但同时共享同一个后端信号处理机制。我们预计，最快在2024年，我们一些竞争对手（如Cepton和Luminar等公司）制造的相对低成本的激光雷达传感器将开始出现在一些顶级汽车上。随着我们正在研究的这种低成本固态传感器的上市，激光雷达将在这个十年结束前广泛应用于新车。但是激光雷达的未来不会就此结束。市场预测者预计激光雷达将有许多其他应用，包括工业自动化和机器人、移动设备应用、精准农业、测量和游戏。我们和其他人在硅光子集成电路方面所做的工作应该有助于让那个充满激光雷达的光明未来早日到来。作者：Michael R. Watts, Christopher Poulton, Matthew Byrd, Greg Smolka
