摘要：光探测和测距（LiDAR）传感器能够在3D中精确感知物体。激光雷达技术广泛应用于计量、环境监测、考古和机器人技术。在自动驾驶领域也有很大的应用潜力。在传统的激光雷达传感器中，光束扫描采用机械旋转器，这对其可靠性、尺寸和成本造成了限制。这些限制可以通过更紧凑的固态解决方案来克服。固态激光雷达传感器通常分为以下三种类型：基于闪存的激光雷达、基于微机电系统（MEMS）的激光雷达和基于光学相控阵（OPA）的激光雷达。此外，先进的光学技术使新型纳米光子学器件具有很高的潜力和优越的优势，可用于激光雷达传感器。本文介绍了激光雷达传感器的原理，包括三种常用的传感方案：脉冲飞行时间（TOF）、调幅连续波TOF和调频连续波。总结和介绍了传统固态激光雷达传感器的最新进展，包括基于闪存的激光雷达、基于MEMS的激光雷达和基于OPA的激光雷达。本文还介绍了基于纳米光子学的激光雷达传感器的最新进展。对先进激光雷达传感器进行了总结，并对其发展前景进行了展望。
1介绍
光探测和测距（LiDAR）技术能够准确确定物体的距离（和速度）信息。与更成熟的无线电探测与测距（RADAR）技术相比，激光雷达利用的是波长较短的光波，因此有可能在三维传感中实现更高的精度。激光雷达已广泛应用于计量、环境监测、考古、机器人等领域，并显示出用于自动驾驶的巨大潜力。除了上述三种类型的固态激光雷达，先进的纳米光子学技术还使具有高潜力和高优势的新型纳米光子学器件能够用于激光雷达传感器。纳米光子学器件的一个例子是基于集成光子学平台的光开关。由光开关组成的开关网络可以在激光雷达系统中实现大传感范围的顺序照明。另一个例子是光学频率梳（OFC），它也是基于集成光子学平台。OFC是一种用于高性能激光雷达传感的紧凑光源。它最近已被证明用于高分辨率的激光雷达传感并扫描，以及在快速移动速度下捕获物体轮廓的能力。另一个典型的例子是基于超表面的空间光调制器（SLM）。超表面是一层薄的有图案的纳米结构，它可以在亚波长尺度上控制光的相位和振幅。因此，它为高精度的紧凑型激光雷达传感器带来了潜力。
图1：不同激光雷达传感器的概念组织。TOF：飞行时间。AMCW：调幅连续波。FMCW：调频连续波。MEMS：微机电系统。OPA：光学相控阵。插图：左上：基于flash的激光雷达原理图。中上：基于MEMS的激光雷达原理图。右上：集成激光源和放大器的基于OPA的固体光束扫描仪示意图。左下：激光雷达成像仪外差PD像素组成的RX（接收机）块示意图，通过光学开关开启顺序照明。中下：基于光频梳（OFC）的并行传感激光雷达原理图。右下：基于超表面的激光雷达传感器设置示意图。
2激光雷达原理
在介绍中提到，激光雷达传感器中最常用的三种传感方案是：脉冲TOF、AMCW TOF和FMCW。在文献中对这三种传感方案进行了比较和总结。一般来说，脉冲TOF和AMCW TOF基于光强的调制，而FMCW基于光频率的调制。获得距离信息（对于所有三种方案）和速度信息（对于FMCW激光雷达）的机制将在本节中解释。不同传感方案下的LiDAR信号分布图如图2所示。
图2：脉冲TOF、AMCW TOF、FMCW激光雷达的工作原理。a）发射脉冲光信号（蓝色）和接收脉冲光信号（红色）用于脉冲TOF LiDAR传感。TX：发射机。处方：接收器。b） AMCW TOF激光雷达传感的调制光信号发射强度图（上）和调制光信号接收强度图（下）。c）顶图：FMCW激光雷达传感用线性三角调制发射光信号和接收光信号。下图：节拍信号相对于TX和RX信号之间的时间。d）正弦TX和RX信号吻合。延迟（?τ）是由于传感物体的移动。
2．1脉冲TOF激光雷达
脉冲TOF激光雷达的工作原理是基于TX发射的光脉冲的时间延迟，从传感对象反射，并由RX接收。TX和RX信号的时域图如图2a所示。距离分辨率受可用时间计数分辨率的限制，可用时间计数分辨率主要由电子定时分辨率决定。脉冲TOF激光雷达峰值功率高，在保持较低平均功率的同时，可实现较远距离的感知，满足人眼安全的要求。
2．2 AMCW TOF激光雷达
与脉冲TOF激光雷达相比，AMCW TOF激光雷达利用振幅／强度调制光信号而不是脉冲光信号进行传感。它的工作原理是基于TX调制光和RX接收光之间的相位差。TX和RX信号的曲线图如图2b所示。由于AMCW TOF激光雷达采用调制光信号而不是光脉冲，因此它适合于中距传感而不是远距离传感。
2．3 FMCW激光雷达
FMCW激光雷达传感器发射调频光信号并采集反射信号。从原始信号和反射信号之间的拍信号，可以得到运动物体的距离和速度信息。与TOF相比，FMCW方法具有以下优点：由于FMCW的相干检测特性，传感系统不会受到附近LiDAR系统的干扰。除了距离信息外，它还可以基于多普勒效应获得速度。与TOF方法相比，FMCW方法可以获得更高的深度精度。最后，与需要强光脉冲的脉冲TOF方法相比，FMCW需要相对较低的光峰值功率。
3常规固态激光雷达传感器
固态激光雷达可分为两种主要类型：基于闪存的激光雷达和基于扫描的激光雷达。扫描型激光雷达，包括基于MEMS和基于OPA的激光雷达，其优点是在激光点扫描时增加了光功率，比闪光型激光雷达有更高的信噪比。同时，基于闪光的激光雷达的优点是能够利用PD阵列实现对传感目标的单次捕获。由于不涉及扫描部分，基于flash的激光雷达具有更好的长期可靠性和更高的数据采集速率。
3．1基于flash的激光雷达
如前所述，激光雷达系统可以通过两种方式获取三维图像：闪光和扫描。扫描方法是利用一个或几个探测器和一个扫描仪来获取三维信息，而闪光方法是利用一个二维探测器阵列来捕获传感对象并获取三维信息。闪光型激光雷达系统实现了单次光脉冲捕获三维深度图像，因此与扫描型相比具有较高的数据采集速率。同时，还需要高功率的光脉冲和高灵敏度的探测器阵列。
在激光雷达传感系统中，反射信号的光功率与传感距离的平方成反比。因此，对于远距离传感，单光子雪崩二极管（SPADs）已被广泛应用于基于TOF的激光雷达。在Zhang等人的研究工作中，报道了一种252 × 144像素、30帧s?1的SPAD闪光激光雷达传感器。图像传感器采用180 nm CMOS技术平台，包含SPAD阵列和时间数字转换器（TDC）。其工作原理图如图3a所示。实时进行3D成像，结果如图3b所示。展示手握紧和松开的3D电影的六帧图片。这部电影以30帧s?1的速度拍摄，手位于0．7米的距离。此外，在Hutchings等人后来的研究中，报道了用于TOF激光雷达成像的256 × 256 SPAD成像传感器。该传感器具有低于100兆瓦的低功耗，并报告可达50米的长成像距离。在Hu等人的研究中，在SPADs形成的像素中使用了噪声滤波电路，提高了信噪声比，从而提高了TOF LiDAR的探测距离。最近，Padmanabhan等人的研究报告了一种SPAD阵列，该阵列能够进行光子吻合来抑制背景光，从而提高信噪比。最大TOF激光雷达测距距离为100米。此外，在Beer等人的研究中，光子符合检测也用于实现基于SPAD的LiDAR图像传感器的环境光抑制。
图3：基于flash的激光雷达传感器。a）带有SPADs图像传感器的闪光激光雷达原理图。b） 6帧3D电影，显示一只手握紧和松开。影片以30帧s?1拍摄，手位于0．7米的距离。c）闪光激光雷达原理图。M：镜子；帕金森病：光电探测器。L1、L2：准直透镜。微偏光CCD相机。d）左：传感目标二维图像。右图：激光雷达传感器捕获的3D图像。
3．2 MEMS激光雷达
MEMS技术能够减小扫描激光雷达系统的尺寸和重量，使小型无人机（UAVs）上使用小型化激光雷达传感器成为可能。同时，在MEMS反射镜设计中，需要考虑光束尺寸（反射镜尺寸）和扫描速度之间的平衡。
3．2．1一维MEMS镜像
Druml等人演示了利用一维扫描MEMS反射镜的激光雷达传感器。激光雷达传感器原型的原理图如图4a所示。为了实现2D扫描，MEMS反射镜对垂直的激光束进行水平扫描。
图4：用于激光雷达传感的1D和2D MEMS反射镜。a）激光雷达传感器原理图，多束激光构成垂直线，一维MEMS反射镜进行水平扫描。b）二维MEMS扫描镜组件示意图，基座由两块PZT陶瓷组成。PZT：锆钛酸铅。c）采用封装的MEMS扫描仪进行二维扫描。d）正向扫描制备的垂直MEMS反射镜SEM图像。e）制作的大口径二维MEMS扫描镜的SEM图像，镜板尺寸为2× 2．5 mm2，光学视场为15°× 12°。f）安装在微型机器人上用于放大3D扫描的MEMS镜面概念示意图。
3．2．2二维MEMS镜像
二维MEMS反射镜通常有一个快轴和一个慢轴，分别用于水平扫描和垂直扫描。扫描频率通常分别在快轴0．5－2 kHz和慢轴10－30 Hz范围内激光雷达扫描仪的帧速率受慢轴扫描速度的限制。带基底的二维MEMS反射镜组件原理图由两个锆钛酸铅（PZT）陶瓷组成，其二维扫描图分别如图4b、c所示。
所制备的MEMS扫描仪的扫描电子显微镜（SEM）图像如图4d所示。据报道，MEMS扫描范围为17°，驱动电压仅为4．5 V。扫描模式谐振频率可达2．2 kHz。该前视扫描器尺寸紧凑，为4毫米× 4．5毫米× 1．6毫米，重量轻，为16毫克，可应用于微型飞行器的小型激光雷达同样基于电热驱动机制，2019年，Wang等人报告了一种大口径两轴MEMS反射镜，反射板尺寸为2 × 2．5 mm2，光学视场为15°× 12°。制备的MEMS反射镜的SEM图像如图4e所示。安装在微型机器人上的MEMS反射镜的激光雷达配置可以实现对传感对象的放大3D扫描。激光雷达传感器配置的概念示意图如图4f所示。
3．3基于OPA的激光雷达
FMCW激光雷达系统原理图如图5a所示，包括TX OPA和RX OPA。通过操纵这两个OPAs，得到了三个目标在不同位置的距离信息，如图5b所示。带OPAs的芯片可以封装在带光纤的电路板上，如图5c所示。如图5d所示，将包含512个元件的OPA线粘接在印刷电路板上，并用保极化光纤封装。从封装的OPA中生成波束转向的查找表。图5e显示了红外摄像机捕捉到的来自外星球的光束点。据报道，波束点转向速度约为30μs，这受到数模转换器和现场可编程门阵列（FPGA）之间接口的限制。波束转向范围56°× 15°已被证明。图5f顶部和底部分别为试验区室外图和实时数据图。
图5：基于硅光子学opa的激光雷达传感器。a）带TX和RX OPA的FMCW激光雷达传感器原理图。b）通过TX和RX OPAs波束转向得到三个目标在不同位置的测距结果。c）将OPAs封装在电路板上并连接光纤的芯片光学图像。d）粘合在印刷电路板上的512元OPA线的照片，并用保极化光纤封装。e）红外摄像机拍摄的波束点转向红外图像，显示转向距离为56°× 15°。f）顶部：远程传感试验区室外图。底部：图像的实时数据远程传感多达185米。d－f）的远程传感实时数据图像）。g）光电集成激光雷达传感器系统原理图。h）左面板：键合晶圆与封装光学器件照片。右图：激光雷达芯片显微图像，包括发射器OPA和接收器OPA。i）激光雷达测试装置和激光雷达测量结果照片。
2020年，Lee等人的研究展示了首个集成光源和放大器的芯片级激光雷达解决方案，为低成本、紧凑的全集成固态激光雷达传感器铺平了道路。基于III－V－on－Si的芯片级器件原理图如图6a所示，其中插页显示了尺寸为7．5 mm × 3 mm的制备芯片的显微图像。该芯片是在绝缘体上硅（SOI）晶圆上制造的。III－V增益层粘接在模式化SOI晶圆上。基于TOF传感机制的激光雷达系统如图6b所示。在激光雷达演示中，一名从10米外的墙壁行走的行人被捕捉到。所选摄像机图像、深度图像和三维点云图分别如图6面板c、d和e所示。
图6：集成了光源和放大器的硅光子OPA用于激光雷达传感。a）集成激光源和放大器的固态光束扫描仪示意图。插图：制作光束扫描仪的显微图像，尺寸为7．5 mm × 3 mm。TLD：可调谐激光二极管。SOA：半导体光放大器。PS：移相器。b）基于opa的TOF激光雷达配置。QOS：信号质量。c）行人从10米外的白墙行走的摄像机图像。d）用于激光雷达演示的深度图像处理。e） TOF激光雷达传感系统获得的三维点云图。
带LC的1D OPA原理图如图7a所示。垂直波束转向由1D OPA实现，水平波束转向由LC调谐实现。LC可调谐天线由LC芯夹分布式布拉格反射器（DBR）构成，如图7a右面板所示。顶部DBR具有较高的透光率。外加电场可以改变LC分子的取向和折射率，从而实现光束转向的相变。八通道OPA的布局和截面如图7b所示。热光移相器可以在垂直方向上进行1D OPA调谐。光子学组件基于氮化硅（Si3N4）平台，工作波长为940 nm。所制备器件的显微图像如图7c所示。OPA的波束转向范围可达15°× 16°。此外，通过使用能够进行一维光束转向的LC可调谐器件，演示了一个激光雷达系统，其原理图如图7d所示。通过黑白摄像机检测人，并将波束引导到目标人，实现了目标跟踪。采用同步激光二极管与LC光束转向装置耦合的TOF摄像机，可以获得传感目标的距离。最大感知距离为12米，刷新率为10帧s?1。
图7：硅光子OPA集成液晶（LC）用于激光雷达传感。a）左图：带LC的1D OPA原理图。垂直波束转向由1D OPA实现，水平波束转向由LC实现。右面板：LC可调谐天线，由LC芯夹分布式布拉格反射器（DBR）构成。顶部DBR具有较高的透光率。b）八通道OPA布局及截面。c）制备的OPA器件的显微图像。d）激光雷达系统示意图，展示了目标跟踪和带有lc可调波束转向的TOF传感。
4新兴的纳米光子激光雷达传感器
随着纳米制造技术的发展，亚光波长尺度的纳米结构可以被大规模地图像化，从而实现光物质相互作用。纳米结构的工程和图形化有助于在光学波长范围内控制和操纵电磁波。集成光子学技术就是一个例子，它展示了光子集成电路（PIC）上纳米结构（例如布拉格光栅和高Q微环谐振器）的大规模图像化。高Q微环谐振器可产生OFC，可用于传感。该超表面具有结构紧凑、色散控制能力强、光束质量高、无像差等优点。这里提到的新型纳米光子学器件也已被证明用于激光雷达传感。
4．1序列照明激光雷达光开关
Li等人的最新研究报告了通过在PIC芯片上的发射器阵列上方放置圆柱透镜来实现二维光束转向，其原理图如图8a所示。通过不同发射器之间的热切换（沿x方向）和输入信号的波长调整（沿y方向）实现二维光束转向。需要强调的一点是，在同一时间，只有一个发射器被打开。一个TOF激光雷达已经演示使用波束转向装置。实验设置示意图如图8b所示。采用脉冲激光器作为光源，在时域采用脉冲拾取器降低重复频率，在频域采用光谱滤波器提取波长。然后信号被分成两条路径：一条路径直接进入PD，另一条路径进入放大器和实验室设备发射机。在这个TOF激光雷达演示中，多个波长的光信号同时发射和收集，以提高传感速度。如图8c所示，根据参考信号与返回信号之间的时间延迟，可以计算出目标距离为1．08和11．22 m。
图8：带有光开关的激光雷达传感器，用于顺序照明。a）二维光束转向装置的原理图，该装置将圆柱形透镜置于带有集成光学开关的芯片上的发射器阵列之上。b）带波束转向装置的TOF激光雷达传感设置示意图。插图：i）脉冲激光器，ii）脉冲拾取器，iii）光谱滤波器的频域和时域光源信号。c）参考信号和距离为1．08 m和11．12 m的传感物体的两个反射信号图。
此外，Rogers等人在2021年研究了一种在硅光子平台上具有光开关树的基于顺序照明／闪光的3D成像传感器。外差探测器通过光子和电子电路的单片集成与电子读出电路集成，外差PD像素形成的RX块示意图如图9a所示。一个RX像素的放大视图显示在图9a左侧的插图中。LO光被引导通过1 × 8开关树，并与光栅耦合器在每个像素中收集的反射光结合。外差信号由Ge BPD检测，产生的光电流信号由跨阻放大器（TIA）放大。在每一行的末尾，有一个输出放大器从芯片传输信号。FMCW LiDAR传感结果如图9b所示。一个位于17米距离的旋转球的3D点云如图9c顶部面板所示。FMCW方案测得的旋转球穿过中间的速度如图9c底板所示。
图9：一种基于光开关树使能的顺序照明的激光雷达图像传感器。a）外差PD像素形成的RX块示意图。插图：一个RX像素的放大视图。来自LO的光由1 × 8开关树引导。光栅耦合器用于采集被测物体的反射光。LO光和反射光在Ge BPD中会有外差检测。产生的电信号被TIA放大。在每一行的末尾，有一个输出放大器从芯片传输信号。b）位于17米距离的旋转球三维点云，速度信息以色条显示。c）顶部面板：旋转球装置以1转／分的速度旋转的照片。底部面板：通过旋转球中间测量的速度。
最近，Zhang等人研究报告了一个16384像素的激光雷达，通过在硅光子芯片上集成光栅天线和基于MEMS的光学开关实现。与基于热调谐Mach－Zehnder干涉仪（MZI）的光开关相比，基于MEMS的光开关具有占地面积小、功耗低、开关速度快等优点。顶部有透镜的开关阵列原理图如图10a所示。光信号通过行选和列选开关路由到所选光栅天线。这些开关基于MEMS静电驱动工作，ON和OFF状态示意图如图10b所示。在ON状态下，耦合器尖端（绿色）被下拉，将光从总线波导（黄色）耦合到光栅天线。光栅天线发出的光通过顶部的透镜进行准直。在FMCW方案下实现了0．8 m、5 m和10 m距离的三维成像，距离分辨率为1．7 cm。在0．8 m左右距离，FMCW LiDAR传感器捕获的点云与相机在相同高度和不同高度的三个字母图像分别如图10c、d所示。
图10：基于MEMS驱动光开关的顺序照明的激光雷达传感器。a）顶部有透镜的MEMS驱动光开关阵列原理图。光通过行选择和列选择开关被路由到选定的光栅天线。顶部的透镜用于准直所选光栅天线发出的光。b）光学开关和光栅天线开、关示意图。在ON状态下，耦合器尖端（绿色）被下拉，将光从总线波导（黄色）耦合到所选光栅天线。c，d） FMCW LiDAR传感器捕获的点云和传感目标的相机图像由c）相同高度和d）位于0．8 m左右距离的不同高度的三个字母组成。
4．2高性能激光雷达频率梳源
2018年，Suh和Vahala的研究报告了用于TOF激光雷达传感的双频梳，在距离测量中实现了200 nm的精度。激光雷达传感的高精度和长范围是通过使用双频梳实现的，双频梳是通过顺时针（CW）和逆时针（CCW）方向泵浦单个微谐振器产生的。单腔双梳不仅简化了系统，避免了使用两个谐振腔和泵浦源，而且提高了两个梳之间的相互相干性双梳式生成设置和激光雷达传感器设置的示意图如图11a所示。图11b显示了使用CW孤子（红色）和CCW孤子（蓝色）作为激光雷达测距探头的计算距离数据。两次测量之间的平均距离差为16．02 μ m，根据游标效应计算出歧义消解距离为26．3729±0．466 m。
图11：基于双光频率梳的激光雷达传感器。a）双梳式生成设置和激光雷达传感器设置示意图。连续波泵浦激光由EDFA放大，然后通过50／50耦合器分成两个臂。在每一个臂上，一个AOM用来控制泵浦频率，一个PC用来调节泵浦光的偏振。泵浦激光器的频率由伺服系统通过PD检测孤子的反馈回路锁定。采用FBG滤波器对泵信号进行衰减。采用OSA、ESA和示波器分别监测光谱、频谱和时域信号。对于激光雷达传感，连续波孤子通过一个50／50的分配器被分成两个臂。一个臂是参考光束（绿色虚线箭头），另一个臂是用于目标传感的光束（橙色虚线箭头）。两臂的光束与CCW光束（蓝色点箭头）结合，生成干涉图。EDFA：掺铒光纤放大器。AOM：声光调制器。PC：偏振控制器。FBG：光纤布拉格光栅。OSA：光谱分析仪。ESA：电子频谱分析仪。b）用CW孤子（红色）和CCW孤子（蓝色）作为激光雷达测距探头的计算距离数据。?R ＝ 16．02μm，可用于获取绝对距离。插图：带有高斯拟合曲线和SD值的距离测量直方图。SD：标准差。c）顶部面板：用于超快传感的激光雷达设置示意图。中间面板：用双梳系统测量的飞行子弹轮廓（红色）和用光学相干层析成像系统测量的静态子弹轮廓（蓝色）进行比较。底部面板：子弹的照片，供参考。
如图12a所示，调频梳状线首先用EDFA放大，然后用90／10分频器分成两臂。一只臂上的信号通过传输光栅（每毫米966线）进行频谱分散，用于检测飞轮。另一个臂上的信号被用作LO。混合信号的射频频谱有两个峰（fu和fd），如图12a的插页所示。发射梳的光谱也已在图12a的中间部分插图中说明。蓝色阴影区域突出显示30个光功率为＞0 dBm的梳状线通道（用于LiDAR传感）。图12a插图的右边部分说明了分散频率梳线照射飞轮边缘的示意图。静轮距离测量结果如图12b左面板所示。可以观察到测量精度＜1 cm。在飞轮转速为228 Hz的情况下，平行测速结果如图12b右面板所示。
图12：基于光频梳的并行传感激光雷达传感器。a）平行传感系统概念验证演示的实验设置示意图。插图：左：双峰（fu和fd）混合信号的射频频谱。中：发射梳的光谱。蓝色阴影区域突出显示30个光功率为＞ 0 dBm的梳状线通道（用于LiDAR传感）。右图：分散频率梳线照射飞轮边缘示意图。上校：准直器。b）左面板：静轮距离测量结果，未对传感信号与LO之间的光纤路径差进行校正。右图：转速为228hz飞轮平行测速结果。
4．3激光雷达光束转向和偏转的超表面
超表面是近十年来光学和光子学领域的一个新兴领域。它是一层薄薄的有图案的纳米结构，用来控制光的相位、振幅和偏振。Park等人最近的一项研究证明了一种基于电可调谐超表面的SLM应用于激光雷达传感。全固态超表面阵列可以实现0°到360°之间的完全相位扫描，估计频率为5．4 MHz，并且可以独立调整振幅，克服了先前报道的有源超表面的局限性。功能可调谐超表面是由一系列等离子体纳米谐振器构成的。该纳米谐振器由顶部的金（Au）层作为天线，中间的氧化铟锡层和底部的铝层作为反射镜组成。这三层之间由氧化物层绝缘。反射系数的实部和虚部可以通过在上电极（Vt）和下电极（Vb）上分别施加电压来调节。图13a显示了封装了驱动电子器件的SLM。驱动电子器件提供100个独立控制通道，其中50个用于Vt， 50个用于Vb。因此，图13a的左右面板中所示的活动阵列具有50个通道。每个通道包含11个纳米天线。使用开发的SLM，已经演示了概念验证TOF激光雷达传感器，其设置原理图如图13b所示。光源采用1560 nm的脉冲激光。SLM用于波束转向。一个镜头和一个APD阵列被用作RX。传感对象包括一个人体模型、一个汽车模型和一个屏幕，分别位于2．4米、3．4米和4．7米之外。扫描区域和对应的深度图像分别如图13c顶部和底部面板所示。测量结果与实际距离吻合较好。
图13：激光雷达传感的超表面。a）左面板：安装在扇出中心的超表面显微图像。比例尺：1mm。右面板：位于扇出中间的超表面纳米天线阵列的光学显微镜图像的放大视图。比例尺：100μm。b）三维激光雷达传感器设置示意图。采用1560 nm的脉冲激光作为光源。SLM用于波束转向。转向光脉冲撞击被测物体后，通过透镜与APD阵列组成的RX进行反射和收集。c）顶部面板：传感对象的光学图像，包括人体模型、汽车模型和分别位于2．4米、3．4米和4．7米之外的屏幕。底部面板：由激光雷达传感器获得的三维深度图像。d）超构透镜置于射极阵列上方的光束转向装置示意图。MZ：马赫曾德耳。e）设计光学器件的光线跟踪。f）硅柱在熔融二氧化硅基底上形成的超构透镜的SEM图像。g） 4 × 4微环发射极阵列的远场角分布重叠，FOV为12．4°× 26．8°。
在激光雷达传感器中实现的纳米光子学器件包括用于顺序照明的光学开关，用于基于ofc的高性能传感的集成谐振器，以及用于光束转向的基于超表面的SLM。虽然基于纳米光子学的光谱成像系统已经得到证实，但紧凑型基于纳米光子学的光谱激光雷达传感系统以及宽带隙集成光子学材料仍有待进一步探索。
