A large-scale microelectromechanical-systems-based silicon photonics LiDAR

激光雷达 测距 基点 微电子机械系统 光子学 光学 像素 材料科学 计算机科学 光电子学 物理 电信
作者
Xiaosheng Zhang,Kyungmok Kwon,Johannes Henriksson,Jianheng Luo,Ming C. Wu
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:603 (7900): 253-258 被引量:294
标识
DOI:10.1038/s41586-022-04415-8
摘要

Abstract Three-dimensional (3D) imaging sensors allow machines to perceive, map and interact with the surrounding world 1 . The size of light detection and ranging (LiDAR) devices is often limited by mechanical scanners. Focal plane array-based 3D sensors are promising candidates for solid-state LiDARs because they allow electronic scanning without mechanical moving parts. However, their resolutions have been limited to 512 pixels or smaller 2 . In this paper, we report on a 16,384-pixel LiDAR with a wide field of view (FoV, 70° × 70°), a fine addressing resolution (0.6° × 0.6°), a narrow beam divergence (0.050° × 0.049°) and a random-access beam addressing with sub-MHz operation speed. The 128 × 128-element focal plane switch array (FPSA) of grating antennas and microelectromechanical systems (MEMS)-actuated optical switches are monolithically integrated on a 10 × 11-mm 2 silicon photonic chip, where a 128 × 96 subarray is wire bonded and tested in experiments. 3D imaging with a distance resolution of 1.7 cm is achieved with frequency-modulated continuous-wave (FMCW) ranging in monostatic configuration. The FPSA can be mass-produced in complementary metal–oxide–semiconductor (CMOS) foundries, which will allow ubiquitous 3D sensors for use in autonomous cars, drones, robots and smartphones.
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