據(jù)麥姆斯咨詢介紹，從醫(yī)療診斷到自動駕駛汽車和機器人，光子學正在改變我們感知世界以及與世界互動的方式，使光學相機能夠捕捉到前所未有的細節(jié)水平的圖像。這些先進的光學相機利用壓縮感知和計算成像算法等原理，從不同角度捕獲多張低分辨率圖像，并將它們組合成一張高分辨率圖像。由此產(chǎn)生的圖像展示了光子學如何增強分辨率能力，超越傳統(tǒng)相機的分辨率。

麻省理工學院（MIT）的研究人員已經(jīng)證明了光子學在改善醫(yī)學成像方面的作用，他們采用激光誘導超聲技術在無需侵入性操作或電離輻射暴露的情況下創(chuàng)建生物組織的細致圖像。該技術使用激光脈沖照射生物組織，通過光吸收產(chǎn)生聲脈沖（可被傳感器檢測），在組織內(nèi)誘導熱彈性應力和弛豫。通過調(diào)節(jié)光學波長，可以對生物組織有選擇性的成像。像這樣的光子學醫(yī)學成像技術在早期疾病檢測、更準確地指導手術干預和監(jiān)測治療效果方面具有巨大潛力。

麻省理工學院的激光超聲系統(tǒng)及成像效果

與此同時，汽車和機器人領域的新興解決方案包括TriEye的CMOS短波紅外（SWIR）圖像傳感器和Coherent的固態(tài)激光二極管。這兩家公司最近聯(lián)手展示了基于激光照明的短波紅外成像系統(tǒng)，適用于汽車前置攝像頭和后置攝像頭，以及工業(yè)和自主機器人中的視覺系統(tǒng)等。

基于光子學的短波紅外圖像傳感器

TriEye正在通過Raven（一種高清短波紅外圖像傳感器）和UltraBlaze（一種對人眼安全的短波紅外脈沖激光照明源）將短波紅外成像帶入量產(chǎn)應用。TriEye聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官（CEO）Avi Bakal表示：“Raven經(jīng)過近十年的納米光子學研究而開發(fā)，利用現(xiàn)有的大批量制造設備來構建可擴展且具有成本效益的CMOS高分辨率紅外圖像傳感器。”

與此同時，據(jù)TriEye稱，UltraBlaze可以實現(xiàn)遠距離夜視和深度測量，同時保持對人眼的安全，其每脈沖光功率可比傳統(tǒng)的可見光或近紅外（NIR）照明源高得多。

TriEye的SEDAR（頻譜增強探測和測距）平臺將短波紅外光源和成像傳感器集成于一體，能夠?qū)囕v環(huán)境進行成像和3D傳感，作為目前自主控制系統(tǒng)或高級駕駛輔助系統(tǒng)所采用的激光雷達（LiDAR）的替代方案。

TriEye聲稱SEDAR平臺可在所有天氣和照明條件下提供高清成像和確定性3D信息。SEDAR平臺與傳統(tǒng)激光雷達系統(tǒng)的不同之處在于，其顯著更高的分辨率使得能夠在更遠的距離處檢測和分類物體。在短波紅外光譜中工作使SEDAR平臺能夠穿透霧、霾和雨，同時保持對環(huán)境噪聲的適應能力。此外，該公司表示，SEDAR平臺的每像素深度計算方法增強了感知系統(tǒng)準確評估相對距離的能力，并且無需任何移動部件。

“SEDAR平臺使大眾消費市場能夠利用短波紅外傳感的優(yōu)勢，獲得以前由于成本高昂而無法獲得的先進功能。”Avi Bakal說道，“SEDAR平臺是高度可定制的，可以量身定制來解決汽車、工業(yè)、機器人等領域的傳感挑戰(zhàn)。”

汽車和機器人應用的一個關鍵考慮因素是功效。TriEye表示其已經(jīng)解決了這一問題，確保短波紅外圖像傳感器能夠在極低的功耗水平下運行，可與其它商用CMOS圖像傳感器相媲美。該公司表示，這可以確保最佳性能，而不會顯著影響移動系統(tǒng)的電池壽命。

在談到TriEye與Coherent的合作時，Avi Bakal表示：“短波紅外傳感可以提供定位、測繪、識別、防撞等功能，使我們能夠以更加智能的方式與環(huán)境進行交互。”

基于激光照明的短波紅外成像

在光通信領域，半導體激光二極管在數(shù)據(jù)中心和電信網(wǎng)絡中占有一席之地。光子學和化合物半導體解決方案提供商Coherent與TriEye合作，提供專為SEDAR平臺定制的半導體激光二極管。短波紅外激光照明模塊解決了當前基于LED的照明模塊的局限性，擴展了短波紅外成像解決方案的功能。

Coherent使用砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）和銻化鎵（GaSb）材料制造半導體激光二極管，其波長范圍涵蓋750 nm至3 μm的近紅外、短波紅外和中紅外（MIR）光譜。Coherent提供一系列激光二極管架構，包括邊緣發(fā)射激光器（EEL）和垂直腔表面發(fā)射激光器（VCSEL）。

“我們認識到短波紅外傳感技術帶來了許多好處。”Coherent消費電子產(chǎn)品營銷高級總監(jiān)Gerald Dahlmann表示，“例如，SEDAR平臺在1300 nm至1400 nm的短波紅外波長范圍內(nèi)工作，與傳統(tǒng)激光雷達系統(tǒng)相比，具有的優(yōu)勢包括改善戶外環(huán)境中的信噪比、提高眼睛安全性、增強透過霧氣或灰塵的可見度等。”

“與近紅外光相比，短波紅外光與物質(zhì)的相互作用不同。”Gerald Dahlmann繼續(xù)說道，“這種獨特的特性可以增強透過薄霧或灰塵的可見度，使在近紅外光譜范圍內(nèi)原本看不見的物體變得可見。”

傳統(tǒng)短波紅外系列LED效率低且光輸出功率低。Coherent聲稱，其激光照明模塊可提供緊湊、可靠且高效的光源，可提供2 W的光學輸出，從而有助于擴展短波紅外生態(tài)系統(tǒng)。

Coherent和TriEye相信他們的合作將為短波紅外成像開辟新的應用領域。在機器人應用中，短波紅外成像在定位、測繪、避免碰撞和整體安全方面發(fā)揮著關鍵作用。其實，各行業(yè)都可以受益于短波紅外成像，包括優(yōu)化農(nóng)業(yè)和工程機械的性能和效率，以及安全系統(tǒng)可以提高準確性和可靠性。

在汽車和機器人等電源限制性應用中，效率是一個關鍵因素。短波紅外激光器目前的效率為20%至30%。Coherent表示，其首要任務是最大限度地提高激光器的效率，隨著技術的進步以及與近紅外激光器的差距不斷縮小，短波紅外激光器性能正在不斷提高，應用領域越來越廣闊。

審核編輯：劉清