雷射雷達（LiDAR）是通過發射雷射，計算髮射和接收光信號之間的時間延遲乘以光速來實現距離測量。現代3D雷射雷達（LiDAR）傳感器擁有較高的水平解析度、垂直解析度和徑向解析度，是4級（level 4）和5級（level 5）自動駕駛汽車持續發展的關鍵組件。
據麥姆斯諮詢報導，3D雷射雷達傳感技術在自動駕駛領域的應用起源於2007年美國國防部高級研究項目署（DARPA）自動駕駛挑戰賽，當時首次採用Velodyne的128線機械旋轉式雷射雷達。大多數現代雷射雷達傳感器都採用脈衝式飛行時間法（ToF）的原理。脈衝式ToF雷射雷達的原理是通過傳感器孔徑發射出短脈衝或脈衝模式的雷射，並使用平方律光電探測器探測返回的光功率，從而計算出距離。
相干雷射測距的原理則與脈衝式雷射測距不同，最典型的是調頻連續波（FMCW）雷射雷達。FMCW雷射雷達對發射雷射進行線性光學頻率啁啾調製，並與發射雷射的「複製品」混合形成外差，從而將目標距離轉換為無線射頻。
相干探測具有許多固有的優勢，例如增強的距離解析度，利用都卜勒效應直接進行速度檢測，避免了太陽光眩光和干擾。但是，迄今為止，精確控制線性調頻窄線寬雷射的技術非常複雜，這成為FMCW雷射雷達實現並行測量的主要障礙。
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如今，洛桑聯邦理工學院（EPFL）的Tobias Kippenberg實驗室的研究人員找到了一種通過使用集成非線性光子電路來實現並行FMCW雷射雷達引擎的新方法。他們將單個FMCW雷射器耦合到氮化矽平面微型諧振器中，由於色散、非線性、腔體泵浦和損耗的雙重平衡，連續波雷射被轉換為穩定的光脈衝序列。
該研究已發表在《自然》（Nature）雜誌上。
「令人驚訝的是，形成的耗散克爾光孤子不僅在泵浦雷射被啁啾調製時持續存在，而且還將啁啾雷射不失真地傳遞給所有產生的梳齒，」Kippenberg實驗室的博士後、該研究的第一作者Johann Riemensberger說。
該款微諧振器的小尺寸意味著其梳齒間距為100 GHz，這足以用標準的衍射光學元件分離它們。由於每個梳齒都獲得了泵浦雷射的線性啁啾，因此可以在微諧振腔中創建多達30個獨立的FMCW雷射雷達通道。
每個通道可同時測量目標的距離和速度，而不同通道的光譜分離使器件不受通道串擾，並可與最新基於光子集成光柵發射器的光學相控陣完美集成。
該器件的發射光束可以進行空間分離，且工作波段為1550 nm，能滿足人眼安全要求，並不受攝像頭的安全性限制。Kippenberg實驗室的博士生Anton Lukashchuk說：「在不久的將來，EPFL開發的技術可將FMCW雷射雷達的採樣率提高10倍。」
這一概念依賴於平面非線性波導平台中歷史最低損耗的高質量氮化矽微諧振器，由EPFL的微納米技術中心（CMi）生產。這種氮化矽微諧振器已經由EPFL拆分出來的LiGENTEC SA公司投入市場，該公司專注於基於氮化矽的光子集成電路（PIC）製造。
該研究為相干雷射雷達在未來自動駕駛車輛中的廣泛應用鋪平了道路。目前，研究人員正致力於將異構集成雷射器、低損耗非線性微諧振器和光電探測器集成到單個緊湊的光學封裝體中。