利用混沌输入改进基于微梳的并行测距

图：Rolex Learning Center, EPFL的激光雷达点云示意图，EPFL。来源：Anton Lukashchuk（EPFL）

      向混沌过渡在非线性系统中是普遍存在的。基于连续波驱动光子芯片的克尔微谐振器表现出时空混沌，也称为混沌调制不稳定性。

      在超过15年的时间里，这种调制不稳定状态被认为与相干光态(如孤子态)相比不切实际。后者已经成为许多引人注目的应用演示的核心，从远程光通信到光子计算。

      现在，来自EPFL的Tobias Kippenberg小组的研究人员发现了一种利用混沌频率梳的独特特性的新方法，通过利用混沌梳线的固有随机振幅和相位调制来实现无模糊和不受干扰的大规模平行激光测距。

      该研究为利用光学微谐振腔中的非相干和混沌光态进行大规模平行激光测距提供了一种新的示例。这种创新的方法与传统方法相比具有显著的优势，并为各种领域的应用开辟了新的可能性。

      这种新型激光测距技术背后的概念是基于随机调制连续波(RMCW)的原理，其中载波的随机振幅和相位调制被用来在探测器上使用振幅和频率相互关联来询问目标。

      与依赖外部调制的传统连续波(CW)系统不同，EPFL开发的方法利用了光学微谐振器中混沌梳状线固有的随机幅度和相位调制。该系统可以支持数百个多色独立光载波，实现大规模并行激光测距和测速。

      RMCW技术正变得越来越有吸引力，一些激光雷达公司在其商业产品中采用了这种方法。Kippenberg实验室的博士生、该研究的第一作者Anton Lukashchuk说:“在可预见的无人驾驶汽车时代，与其他激光雷达和环境光源相互干扰的免疫能力使RMCW的优势变得非常重要。”

      “此外，我们的方法不需要对频率噪声、调谐敏捷性和激光线性度有严格的要求，也不需要波形启动程序。”

      Johann Riemensberger补充说:“令人惊讶的是，在混沌调制不稳定状态下的操作伴随着梳状线的宽带信号调制，通常超过共振带宽，具有厘米级范围分辨率。此外，混沌微梳节能、热稳定、操作简单，并提供平顶光谱。”

      该团队的突破为光学测距、扩频通信、光学密码学和随机数生成开辟了新的可能性。该研究结果不仅促进了我们对光学系统混沌动力学的认识，而且为各种领域的高精度激光测距提供了实用的解决方案。

      这项研究发表在Nature Photonics.上。

[1]Anton Lukashchuk et al, Chaotic microcomb-based parallel ranging, Nature Photonics (2023). DOI: 10.1038/s41566-023-01246-5. www.nature.com/articles/s41566-023-01246-5

Journal information: Nature Photonics