一向以来，是否采用激光雷达都是区分自动驾驶技术派系的「 」，比较Waymo、Cruise等中规中矩采用激光雷达方案的传统派，马斯克一向秉持着AI视觉方案+毫米波雷达代替激光雷达的思路。

这背后的中心原因在于激光雷达有两大丧命短板：

一是现在本钱十分宝贵。二是在雨雪雾等极端气候下精度会下降的很厉害。一般来说，一台自动驾驶轿车不只需求一台激光雷达，才干导航并避开包含行人在内的障碍物，之类传感器不只块头大立在车顶影响美丽，而且现在价格也处在8,至30,美元左右。

年头CES期间，大疆所收购的Livox公司一举推出美元起步的激光雷达产品线，让商场较为激动。提到底，仍是激光雷达太贵了！

近来，学术界传来好消息，来自斯坦福大学工程学院的教授JelenaVuckovic及其团队提出了一种新方法——将车顶那颗丑陋又显眼的「烟囱」缩小到单颗硅芯片上，而且以数百美元的价格批量生产。

假设这项作用被证明在商业上可行，那么它将有助于开创自动驾驶轿车的新时代。

斯坦福大学工程学院教授JelenaVuckovic

JelenaVuckovic及其团队的研讨作用现已宣布于三月份《Nature》的子刊《NaturePhotonics（自然光子学）》，论文题为《Inverse-designednon-reciprocalpulserouterforchip-basedLiDAR》（逆向规划的片上激光雷达非互易性脉冲路由器）。

所谓激光雷达，实践上是「光检测和测距」的简写，在概念上与雷达相同，只是它运用光代替无线电波来「看到」人眼不可见的事物，依据光脉冲向前发送和光束反射回勘探器之间的延迟来测量轿车和物体之间的距离。

与雷达单元比较，激光雷达单元在检测人和狗等生物方面做得更好，但是雷达在穿透雾，烟雾，雨水和其他大气反常方面体现更好。

Vuckovic教授的研讨打破在于：研讨人员运用一种称为逆向规划的进程，创建了一种健壮的算法，该算法可以沿一个方向向外发送一束红外光，并测量反射回来需求多长时间。这些信息有助于揭示光束途径中的物体。（补偿布景：因为硅对红外线是透明的，就像玻璃对可见光是透明的一样。）

换句话说，算法为实践的光子电路制造蓝图，光子电路执行特定的功用，将激光束发射到轿车前方，以定位路途上的物体，并将反射光反射回勘探器。

研讨标明，这种以硅为根底的芯片级非互易器件的展开，可能会为光通讯和激光雷达（光勘探和测距）的运用带来新的非线性器件和系统。

研讨团队认为依据χ（3）的互易性器件从根本上遭到时间反转对称性和热力学因素的束缚，但它们的无源、无偏压，简略的系统结构使其特别合适集成光子学，这对芯片级激光雷达具有特殊的含义。

更小的激光雷达器件怎样完结？

这项研讨首要依据硅基光电子技术，在上个世纪80年代被提出了，并取得了一些作用。但是因为硅的特性，使得硅基有源器件一向无法展开。直到年Intel公司在《nature》上宣布硅基MOS结构的调制器，真正商业化的硅光技术才开始展开，到现在，硅光技术也得到了迅速的展开。

Vuckovic教授团队的论文提到，比如隔离器和循环器之类的非互易性器件是微波和光频通讯系统的要害启用技术，将非互易性器件小型化并进步其功用，可以使其在光学通讯、信号处理、光谱学和传感领域的广泛运用成为可能。

尽管依据电磁效应的非互易性器件可用于自由空间和光纤通讯系统，但它们的片上集成依然具有挑战性，首要是因为伴随着高插入损耗、弱磁光效应和资料不兼容的原因。

而新的研讨标明，χ（3）非线性器件消除了这种需求，可以在单片集成平台中完结无源、低损耗、无偏置的非互易传输，适用于芯片级激光雷达的运用。

研讨团队在研讨χ（3）非线性器件的一同，还使用逆规划研讨了级联FanoLorentzian谐振器系统，在保持高传输率的一同增加非互易强度规划。

在绝缘体硅平台上完结的级联Fano-Lorentzian谐振器的SEM图画

现在，绝大多数非线性非互易超外表都依据Fano谐振原理，依赖于电磁波与超外表非对称结构的谐振作用，原理简略、完本钱钱较低。

研讨团队设置了两端口Fano谐振装置，在谐振器耦合区域的波导中规划了一个部分传输元件（PTE），以在响应函数中创建Fano线形。

尽管PTE的寄生损耗、固有的腔损耗会严峻下降，但是反向规划使他们可以通过PTE减轻额外的腔损耗，一同并行办理腔-波导的耦合强度。最终证明，Fano谐振器所具有的尖利的线形以及较低的固有损耗仍可以在中等功率水平上提供非互易性传输。

依据级联的非线性谐振，可在较宽的功率规划内作业。与在任何输入功率下作业的线性互易性器件不同，依据单个谐振器的非线性无源器件只能在有限的信号功率（NRIR）规划内导致不可逆传输，而两个谐振器级联器件可以规划成打破NRIR内任何功率值的单谐振器鸿沟。

距离测量安稳性怎样确保？

除此外，研讨团队还演示了非互易依据传输和全光路由的光学测距测量，以确保测量的安稳性。

用于光学测距的试验原理图

为了发生锁模脉冲，研讨团队运用光纤环形谐振器，该谐振器由光纤扩展器、半导体光扩展器、偏振控制器和带通滤波器组成。

锁模是光学里一种用于发生极短时间激光脉冲的技术，脉冲的长度通常在皮秒乃至飞秒。5MHz的脉冲重复频率答应测量距离长达60m，而且可以运用带通滤波器将脉冲的中心频率调整为Fano器件的作业规划。

生成的脉冲流由依据光纤的耦合器分流，一部分脉冲流直接发送到设备端口1。另一部分脉冲流首要通过光纤延迟线，然后发送到端口2。鉴于Fano谐振器所起的作用，耦合到端口2的脉冲流不会传播到端口1。

而来自端口1的脉冲撒播输到设备的端口2。该设备将脉冲流从端口2到与Fano谐振器耦合的另一个波导中的端口3。在此处与来自端口1的输入脉冲流结合以生成双脉冲流的电信号迹线。

距离与时间的联系图，其间时间增量是参看脉冲周期，闪现距离测量的安稳性

研讨通过测量距离迹线的扩展视图，证明了这种光学距离测量的安稳性。

研讨标明，Fano非互易发射器-路由器设备可以保护脉冲激光源免受反射脉冲流的影响，从而使系统安稳工作，一同将来自这些反射脉冲的光路由到另一个波导。假设另一个Fano谐振器串联连接，且延时对应于脉冲宽度的一半，则即使在一同激起的情况下，反射脉冲也可以被隔离。

依据这些发现，研讨团队的试验证明已完结的无源非对等发射机和路由器，在完全集成的芯片级激光雷达系统中作为基本组件的可行性。

激光雷达能否大规划运用在无人驾驶轿车

当然，在芯片上建立这种测距机制，只是制造廉价激光雷达的第一步。研讨人员标明，现在正在研讨下一个里程碑，确保激光束可以旋转而不运用宝贵的机械部件。

该研讨的下一步是研制「单芯片激光雷达」，以扩展其掩盖规划，直到包含无缺的度圆角，而无需运用机械零件。

Vuckovic估计，她的试验室离制造一个供路途测验运用的原型机还有大约三年的时间。「咱们正朝着制造一个激光雷达芯片的方向展开，这种芯片的价格十分廉价，足以帮忙为自动轿车发明群众商场。」

迄今为止，马斯克回绝运用激光雷达，他说，一套摄像头和雷达传感器可以在没有激光雷达束缚的情况下做得更好。假设激光雷达的本钱大幅下降，他可能会改动自己的曲调。关于无缺的自我驾驶，似乎更多的信息总应该比少好。