Des chercheurs du l’école polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) ont trouvé un nouveau moyen pour accélérer l'acquisition des capteurs lidar à onde continue modulée en fréquence (FMCW pour frequency modulated continuous wave), grâce à des circuits photoniques. Ces travaux, publiés le 13 mai dans la revue Nature, pourraient permettre la généralisation de ces lidars plus performants à longue portée.
Tirés par les récents développements dans le domaine du véhicule autonome, les capteurs lidar reposent sur différentes technologies. La plus utilisée actuellement s’appuie sur le principe de la mesure « à temps de vol » (ToF pour Time of Flight), dans laquelle de courtes impulsions ou motifs d’impulsions sont émis et la lumière réfléchie est détectée en retour par un photodétecteur quadratique. Ces lidars ToF, bien que performants la nuit, sont sensibles à la lumière du jour – les photons peuvent créer du bruit dans le signal reçu – et à la proximité d’autres lidars.
Détection cohérente
La télémétrie laser à détection cohérente, avec principalement le lidar à ondes continues modulées en fréquence (FMCW), repose sur un autre principe: le laser émet des signaux optiques linéaires modulés autour d’une fréquence porteuse (Chirps). Un traitement hétérodyne, avec une réplique de la lumière laser émise, permet d’associer la distance de la cible à une radiofréquence. Le procédé permet ainsi une détection directe de la vitesse grâce à l’effet Doppler, et possède une meilleure résolution à grande distance.
Cependant, la télémétrie cohérente a une vitesse d’acquisition plus faible que les lidars de type ToF et nécessite des sources lasers très précises et hautement cohérentes, ce qui limite sont utilisation en parallèle et son déploiement à grande échelle dans les véhicules autonomes.
Jusqu'à 30 canaux en parallèle
Les chercheurs de l’EPFL ont réalisé un capteur FMCW parallèle en utilisant un circuit photonique. L’onde lumineuse du laser FMCW passe par un microrésonateur en nitrure de silicium, produit au centre de micronanotechnologie (CMi) de l’EPFL, dans lequel l’onde est convertie en un train d’impulsions optiques stables. Selon l’équipe de l’EPFL, « l’utilisation du microrésonateur implique que les dents du peigne de fréquence optique sont espacées de 100 GHz, ce qui suffit pour les séparer en utilisant la diffraction optique standard. » Jusqu’à 30 canaux Lidar FMCW indépendants, capables de mesurer simultanément la distance et la vitesse d’une cible, ont ainsi pu être créé dans le circuit photonique.
Cette utilisation en parallèle de canaux FMCW multiples permettrait d’accélérer la vitesse d’acquisition du procédé. «Cette technologie pourrait multiplier les taux d’acquisition de LiDAR FMCW par un facteur de dix dans un avenir proche», souligne Anton Lukashchuk, doctorant, sur le site de l’EPFL. Ces travaux ouvrent la voie à une application plus généralisées de ces lidars haute performance dans le domaine du véhicule autonome.
