激光雷達(dá)的使用原理是使用非接觸激光測(cè)距技術(shù)，和我們了解的雷達(dá)系統(tǒng)相似，激光雷達(dá)能夠使用激光光束探測(cè)目標(biāo)物，通過返回的光速獲得數(shù)據(jù)，并使用數(shù)據(jù)生成三維的立體圖像。激光雷達(dá)技術(shù)能夠用于獲得一定距離內(nèi)的精確的物體信息，在實(shí)際應(yīng)用中，該項(xiàng)技術(shù)能夠作為汽車自動(dòng)駕駛、無人駕駛、定位導(dǎo)航、空間測(cè)繪、安保安防中重要的裝備設(shè)置。

激光雷達(dá)的分類

從技術(shù)原理來看，激光雷達(dá)的類型主要有兩種：

旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)：通過多束激光豎列而排，繞軸進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)，每一束激光掃描一個(gè)平面，縱向疊加后呈現(xiàn)出三維立體圖形。多線束激光雷達(dá)可分為16線、32線、64線，線束越高，可掃描的平面越多，獲取目標(biāo)的信息也就越詳細(xì)，線束低的激光雷達(dá)由于點(diǎn)云密度較低，容易帶來分辨率不高的問題;

固態(tài)激光雷達(dá)：摒棄了原有的機(jī)械掃描方式，采用相控陣原理，有許多個(gè)固定的細(xì)小光束組層，通過每個(gè)陣元點(diǎn)產(chǎn)生光束的相位與幅度，以此強(qiáng)化光束在指定方向上的強(qiáng)度，并壓抑其他方向的強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)讓光束的方向發(fā)生改變。

由于固態(tài)式激光雷達(dá)，不具備旋轉(zhuǎn)組件，這在一定程度降低了硬件成本和磨損消耗，且在個(gè)別光束陣元損壞的前提下，固態(tài)式激光雷達(dá)整體仍可持續(xù)工作，在可靠性上實(shí)現(xiàn)了大大提升。

不同類型激光雷達(dá)技術(shù)路線

按照光束操縱方式分類，激光雷達(dá)主要分為機(jī)械式激光雷達(dá)、MEMS激光雷達(dá)、OPA激光雷達(dá)和Flash激光雷達(dá)。觀察目前產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況，MEMS和Flash技術(shù)更受到激光雷達(dá)廠商的青睞，有望逐步取代機(jī)械式激光雷達(dá)。

MEMS微鏡作為MEMS激光雷達(dá)的核心元器件，毫米級(jí)尺寸大大減少了激光雷達(dá)的體積，幫助系統(tǒng)擺脫了笨重的馬達(dá)等機(jī)械式裝置;同時(shí)，MEMS微鏡的引入大大減少激光器和探測(cè)器數(shù)量，極大地降低整體成本;在投影顯示領(lǐng)域商用化應(yīng)用多年的經(jīng)歷及近期在汽車領(lǐng)域的努力，讓業(yè)界對(duì)MEMS微鏡的成熟度更為認(rèn)可。但是，MEMS微鏡尺寸的縮小又限制了MEMS激光雷達(dá)的光學(xué)口徑、掃描角度，視場(chǎng)角也會(huì)變小;如何通過車規(guī)也是MEMS微鏡面臨的巨大挑戰(zhàn)。

OPA激光雷達(dá)無需任何機(jī)械部件就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光束的操縱，曾一度被業(yè)界看好。但核心元器件——OPA芯片的納米加工難度非常高。以Quanergy為代表的OPA激光雷達(dá)廠商不斷修正其產(chǎn)品的量產(chǎn)時(shí)間和最遠(yuǎn)測(cè)距范圍。

Flash激光雷達(dá)被視為最終的主流技術(shù)路線。Flash激光雷達(dá)技術(shù)利用激光器同時(shí)照亮整個(gè)場(chǎng)景，如何提高接收端每個(gè)像素可接收的能量，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離探測(cè)，這對(duì)線陣/面陣探測(cè)器技術(shù)提出了極高要求。

新型MEMS光束操縱技術(shù)有望降低成本

近年來，通過利用MEMS微鏡和光柵縮小了光束操縱系統(tǒng)的尺寸，從而顯著降低了成本和重量。然而，這些激光雷達(dá)系統(tǒng)的組件(如激光器、掃描裝置、探測(cè)器及其它電子器件)仍然是獨(dú)立制造的，并且組裝成本較高。因此，進(jìn)一步的多組件集成小型化有潛力以低成本提供更小、更輕、功耗更低的激光雷達(dá)系統(tǒng)。

集成光子學(xué)，尤其是硅光子學(xué)，可以通過電氣處理和控制、光束操縱和光學(xué)信號(hào)處理器件、光源及探測(cè)器的高密度集成來應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。這使得集成光子系統(tǒng)不僅在尺寸和重量方面優(yōu)于自由空間光學(xué)系統(tǒng)，而且在成本、集成密度和魯棒性方面也優(yōu)于自由空間光學(xué)系統(tǒng)。

集成光子學(xué)的光束操縱方案主要集中在光學(xué)相控陣。光學(xué)相控陣由發(fā)射器陣列(通常為光柵耦合器)組成，使遠(yuǎn)場(chǎng)衍射圖案高度依賴于發(fā)射波的相對(duì)相位。通過使用波導(dǎo)移相器調(diào)諧這些波的相對(duì)相位，調(diào)整輸出光束的角度。這種系統(tǒng)可以非常嚴(yán)格地控制光束的形狀和方向，之前的研究工作已經(jīng)展示了1D光束操縱、超高角度光束分辨率2D操縱和激光雷達(dá)測(cè)量。不過，常用的熱光移相器具有一個(gè)很重要的缺陷：功耗非常高。

據(jù)Carlos Errando-Herranz介紹，其研究團(tuán)隊(duì)首次利用MEMS可調(diào)諧波導(dǎo)光柵在實(shí)驗(yàn)中成功演示了低功率光束操縱技術(shù)。研究結(jié)果顯示，在1550 nm波長(zhǎng)，驅(qū)動(dòng)電壓低于20 V，靜態(tài)功耗低于uW的條件下，光束轉(zhuǎn)向可達(dá)5.6°。

相關(guān)研究人員表示，使用新開發(fā)的光束操縱技術(shù)，能夠在現(xiàn)在激光發(fā)展的基礎(chǔ)上降低使用成本，進(jìn)而擴(kuò)展現(xiàn)在的激光雷達(dá)使用領(lǐng)域，還能夠在用于體內(nèi)醫(yī)學(xué)成像使用，和使用空分復(fù)用(SDM)提高光通信帶寬功能。