光子学如何降低激光雷达成本？
科技
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2024-09-09 08:01
上海
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芝能智芯出品光子学，作为长途通信的重要技术之一，正经历着一场变革。不仅继续服务于长距离的数据传输，也开始涉足短距离数据传输领域。数据传输需求的增长以及光子技术在速度和散热性能上的显著优势，相较于传统的电子传输方式，光子学以其更快的传输速率和更低的能耗，在短距离传输领域展现出巨大潜力。数据中心及高性能计算需求的激增，各大制造厂商纷纷转向光子集成电路（Photonic Integrated Circuits, PICs）的生产。这些PICs集成了光学连接功能，实现了更高的带宽和更低的信号损耗，为光子学技术的应用提供了更多可能。光子集成电路（PICs）因其集成多种光子功能于单一芯片上的能力，正在逐步渗透到激光雷达（Light Detection and Ranging, LiDAR）领域。随着数据通信需求的增长带动光子芯片制造成本的下降，这一技术在激光雷达中的应用也日益广泛。激光雷达是一种基于光探测与测距的技术，被广泛应用于先进驾驶辅助系统（ADAS）、工厂自动化、无人机检测及海洋测绘等领域。它通过发射短脉冲激光并测量回波时间来确定目标的距离，进而生成详细的三维点云图像。然而，高成本一直是激光雷达大规模应用的障碍，尤其是因为其高计算需求。通过引入光子学技术，激光雷达的制造成本得以降低，同时提升了数据处理效率，减少了对高性能计算资源的依赖。激光雷达技术主要依赖于机械式和固态技术的结合。传统的机械式激光雷达因结构复杂、成本高且易损而面临挑战；相比之下，固态激光雷达则因其无活动部件的设计而更加紧凑、可靠。微机电系统（MEMS）技术作为固态激光雷达的代表，正逐渐替代传统的旋转式激光雷达，实现更小尺寸化。硅光子学尤其在降低成本方面表现出色，通过采用CMOS工艺制造光子芯片，极大地降低了固态激光雷达的制造成本，使其在消费级和商用汽车市场更具吸引力。数据中心的发展和技术进步，硅光子激光雷达正逐步成为激光雷达技术的新主流。激光雷达技术的发展还体现在飞行时间（ToF）与调频连续波（FMCW）两种技术路径上。ToF技术通过测量光往返时间来计算距离，已被广泛应用，但其高刷新率的要求增加了系统成本，FMCW技术通过测量光频率变化来获取距离和速度信息，具有较低的数据处理需求和系统成本。FMCW技术在自动驾驶和ADAS系统中展现了优越性。MEMS技术和FMCW技术的结合正在推动激光雷达市场的快速增长。到2029年，全球汽车激光雷达市场规模将达到36亿美元，年复合增长率达38%，其中中国市场将成为主要推动力。激光雷达成本的下降为市场应用创造了广阔的空间。当前激光雷达设备的价格区间为500至1000美元，但预计在未来几年内，随着技术进步和成本削减，其价格将降至约100美元，这将显著提升激光雷达技术在普通乘用车中的普及率。光子学在此过程中扮演了重要角色。通过光子集成电路的应用，激光雷达的制造成本得以进一步压缩，并支持规模量产。这种低成本激光雷达将使更多汽车制造商能够将其整合入车辆中，加强ADAS系统的效能，提高道路安全水平。光子学与激光雷达技术在实际应用中仍面临挑战，如何有效集成光子技术与现有电子设备以实现系统级的高效运行。FMCW技术虽具优势但仍需技术优化和成本控制。不过，行业专家普遍对激光雷达市场的未来发展持积极态度。光子学在激光雷达领域的应用标志着下一代智能传感技术的方向，降低成本并提升性能，光子学及类似FMCW这样的新技术正在重塑激光雷达市场。
