激光雷达基础知识

• LIDAR 基于众所周知的 RADAR 原理
• 雷达是20世纪初就存在的著名技术
• 激光雷达使用光频率而不是无线电波

 

激光雷达和雷达

 

使用相控阵的激光雷达通过干涉来提高方向性

• 激光雷达的输出剖面是阵列因子和单天线远场的乘积。

 

 

 

 

N ：天线数量

k ：波矢

w_i ：元素I的复数权重

r_i ：天线元件i的位置矢量

 

使用片上波导天线的激光雷达

• 波纹波导用作天线

  

• 选择间距波纹，以便布拉格反射光散射到自由空间

  

• 多个这样的天线以阵列形式用于波束形成

  

Lumerical 中的激光雷达建模

• 波导的模式分析以计算n_eff
• 选择最佳天线分离，使相邻天线之间的耦合最小
• 3d FDTD 模拟计算带隙区域
• 远场分析计算单个天线的远场分布
• 阵列因子乘法观察波束控制

模式

计算较薄和较厚横截面的有效折射率

 

 

• 优化分离以最大限度地减少交叉耦合
• 我们用 2 个波导进行模拟，并计算经过多少长度后，来自波导 1 的 10% 的光可以耦合到波导 2

 

 

时域有限差分法

• 计算带隙区域
• 观察波长相关的单天线散射

 

 

• 使用 FDTD 的结果进行2d 光束控制（ θ，φ）

 

使用 INTERCONNECT 进行系统级模拟

• 集成多个组件
• 模拟实际实验
• 丰富的标准组件库
• 可以创建自定义组件
• 允许集成光学、电气和热元件

 

 

• 我们看到了在光调制器上使用电压斜坡施加光延迟的效果
• 对于给定的电压值范围，我们可以监测控制光束的θ、ϕ和光束特性。

 

光束控制

 

探测器设计

• 使用Lumerical 的探测器设计
• 利用光学模拟研究探测器的光吸收

例如：我们观察 Si 上的锗探测器

 

Ge-Si 探测器剖面图

 

使用 FDTD 计算 Ge 中的强度分布

• 使用 CHARGE 进行电气模拟可用于计算探测器的光电流和暗电流

  

• 使用CHARGE的电气模拟可用于计算响应度和增益

 

• 使用 INTERCONNECT 的电路模拟可用于模拟探测器对弱调制信号的响应