无人驾驶汽车很难识别蹒跚学步的儿童和突然出现的棕色袋子，这是因为它使用激光雷达，在感知物体方面存在局限性。

为此，无人驾驶汽车行业正在探索“调频连续波”（FMCW）激光雷达来解决这一问题。研究人员已经建立了一种方法，这种雷达通过机械控制和调制硅芯片上的光，实现对附近快速移动物体的更高分辨率探测。

这项工作发表在《自然》杂志上，由美国普渡大学（Purdue University）OxideMEMS实验室和瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的光子学和量子测量实验室共同完成。

FMCW激光雷达通过扫描无人驾驶车顶部的激光来探测物体，一束激光束分裂成其他波长的梳状物来扫描一个区域，称为微梳。光从物体上反射回来，通过光学隔离器或环行器到达探测器，以确保所有反射光最终到达探测器阵列。 

Purdue和EPFL研究人员开发的这种使用声波来更快地调节这些组件，从而可以对附近的物体进行更高分辨率的FMCW激光雷达探测。他们制造了一个采用高泛音体声波共振驱动的光学隔离器，使激光雷达能够更好地检测从物体反射回来的光。

该技术集成了由氮化铝制成的微机电系统（MEMS）换能器，可在兆赫兹至千兆赫兹的高频范围内调制微梳子。研究小组在这一过程中开发的光隔离器在《自然通讯》上发表的一篇论文中有进一步的描述。

一系列相控MEMS换能器阵列（也用在手机中识别蜂窝频带）通过向硅片发射螺旋状的应力波，以千兆赫兹的频率搅动光。

普渡大学电子与计算机工程教授Sunil Bhave说：“这种搅动过程对光进行调制，使其只能朝一个方向传播。”

普渡大学电子和计算机工程博士生Hao Tian，在普渡大学伯克纳米技术中心的Scifres纳米制造厂制造了MEMS换能器。他将换能器与EPFL公司开发的氮化硅光子学晶片集成在一起。

Tian说：“体声波在垂直方向上的严格限制可防止串扰并允许将致动器紧密放置。”

使用相同技术的其他换能器会激发一个声波，该声波会以兆赫兹的频率震动芯片，从而证明了对激光脉冲微梳或孤子的亚微秒级的控制及调谐。

论文的第一作者Junqiu Liu说：“这项成就，将集成光子学，MEMS工程学和非线性光学技术融合在一起，代表了新兴的基于芯片微梳技术的新里程碑。”

研究人员说，这种光调制技术不仅将机械学与光学技术结合在一起，而且还将涉及的制造工艺结合在一起，使该技术在商业上更具可行性。MEMS换能器只需很少的加工步骤就可以简单地集成在氮化硅光子晶片上。

EPFL物理学教授Tobias Kippenberg说：“到目前为止，无法预料的应用将在多个领域中跟进。一次又一次地证明，混合系统可以获得超越单个组件所具有的优势和功能。”

研究人员认为，这项新技术可以为推动微型计算机在诸如太空、数据中心和便携式原子钟等功率关键系统中的应用，或在极端环境中，如低温环境中的应用。

Bhave说：“没有跨学科和国际合作，我们不可能得到这样的结果。”