大型四维高清成像传感器

本文报道了一种突破性的大规模相干4D成像传感器——基于调频连续波（FMCW）技术的焦平面阵列（FPA）激光雷达。该传感器核心是一块集成了超过61万个光子元件和配套电子电路的单芯片，分辨率达352×176像素（近QVGA级别），是目前全球规模最大的同类相干成像芯片，像素数量是此前纪录的5倍。它采用单站式（monostatic）像素设计：同一光栅耦合器既发射调频激光，也接收目标反射光，并通过片上集成的热光开关网络和CMOS电子电路，实现无机械运动的固态光束扫描。系统可对4–65米范围内的物体进行高精度测距与测速，单点能耗仅46纳焦，平均入射光功率仅178微瓦/像素，完全满足人眼安全要求。实测显示：在65米外仍能清晰分辨建筑立面细节；对5%反射率目标，测距精度达±3.9毫米，测速精度达±3.0米/秒；配合不同镜头，可灵活调整视场角（FOV）和角分辨率，就像普通CMOS相机换镜头一样方便。该成果首次实现了光子器件与控制电子的全片上单片集成，大幅降低制造复杂度与成本，为普及化、低成本、紧凑型4D成像设备铺平了道路。未来通过优化本振光功率和采用新型硅-氮化硅混合平台，探测距离有望突破200米。