媒体 | 微访谈:立足太赫兹底层技术,开拓智能光电新领域

来源:MEMS麦姆斯咨询 发布日期:2019-10-08


采访背景:

太赫兹波通常是指频率在0.1~10THz波段的电磁波,它是电磁波段中最后一段未被人类充分认识和应用的波段。凭借频率高、脉冲短、穿透性强,且能量很小,对物质与人体的破坏较小等优势,太赫兹技术在空间探测、医学成像、安全检查、无损检测、宽带通信等方面具有广阔的应用前景,曾被评为“改变未来世界的十大技术”之一。

太赫兹处在微波和红外之间的夹隙

深圳市矽赫科技有限公司(以下简称“矽赫科技”)是一家致力于提供全球领先的智能光电感知产品和服务的创新技术企业,其核心科研团队由多年从事前沿光电和人工智能(AI)的海归科研人员构成,长期从事太赫兹、激光传感、AI引擎智能边缘计算、全息提取、深度神经网络、多维度监测、超高频半导体材料,以及断层成像等前沿技术领域的研发,并已掌握相关领域多项关键技术。近日,麦姆斯咨询采访了矽赫科技CEO洪鹏达博士,就太赫兹和激光传感技术进行深入交流,以下为访谈内容。

矽赫科技CEO洪鹏达

麦姆斯咨询:洪博士,您好!首先请向我们的读者做下自我介绍,并谈谈您如何与光电产业(尤其是太赫兹)结缘,谢谢!


洪鹏达:各位读者大家好,我是矽赫科技创始人洪鹏达,祖籍广东潮汕,主要从事太赫兹技术、激光传感和人工智能产业的研究。我在香港大学物理系完成硕士学位学习,在美国理海大学取得电机工程博士学位。博士毕业后我在继续在美国硅谷致力于前沿光电底层技术的研发,我的博士研究和毕业以后的工作聚焦于底层光电技术和相关的算法工作。


由于对光电技术有浓厚兴趣,所以在读博的时候我选择了前沿光电作为研究方向。在海外做研究期间,我深刻体会到光电技术作为精密工业的基础技术,发挥着至关重要的作用,对其它产业也有着深刻的影响。本世纪初,太赫兹技术被美国列为“改变未来世界的十大技术”之一。美国在前沿光电的基础研究和产业落地这一块极其注重,在我做研究和工作的过程中,我越来越能感觉到光电技术尤其是太赫兹所蕴藏的巨大能量,这是我现在创业聚焦太赫兹智能光电的重要原因。


麦姆斯咨询:接下来,请您阐述创立矽赫科技的初衷,以及公司发展历程和团队情况吧。


洪鹏达:我在美国读博和从业期间,看到了他们对前沿光电技术的巨大投入,也看到了美国和欧洲强大的光电产业。光电技术和许多产业息息相关,最前沿的光电技术更是在一定程度上决定着一个国家未来的科技实力、工业实力。这让我逐渐认识到前沿光电技术在工业界的广阔影响力,意识到再先进的光电技术,只有走出实验室,走向市场,走向实际应用,才能发挥最大的效益。这是我决定创立矽赫科技之初的想法。


矽赫科技致力于提供全球领先的智能光电感知产品和服务,核心科研团队由多年从事前沿光电和人工智能技术的海归科研人员构成,团队成员来自海内外著名院校,多人曾经在美国前沿科研机构和世界五百强企业任职。矽赫科技总部位于中国深圳,在深圳南山设立研发与运营中心,目前已经建立起完备的产品研发体系。


麦姆斯咨询:矽赫科技的主要业务和典型产品有哪些?


洪鹏达:矽赫科技主要研发智能光电感知产品,聚焦安防、车载、工业检测、光纤通信、医学检查等领域,主要产品包含有太赫兹人工智能安检仪、智能安检门、固态激光雷达、光纤高清中继模块、智能周界入侵探测终端、光纤激光器、单光子探测器、混沌光系统等。


其中太赫兹人工智能安检仪是矽赫科技一个核心产品,采用独有太赫兹技术,可以实现安检零辐射,具有媲美X射线的高穿透性,另外还拥有强大的物体属性识别能力。太赫兹人工智能安检仪同时搭载矽赫智能云平台,能够做到物检实时成像、即时的灯光和画面告警,从而实现无人值守的智能物检,大大提高安检效率和质量,让违禁品无法隐藏。


麦姆斯咨询:太赫兹技术被视为“改变未来世界的十大科技”,请您谈谈太赫兹究竟有何特别魅力?


洪鹏达:由于技术限制,太赫兹波一直没能得到有效的开发和利用,是目前为止开发最少的一个电磁波段,有“太赫兹鸿沟”(THz Gap)之称。太赫兹(THz)的频率范围是0.1 ~ 10 THz,波长范围是0.03 ~ 3 mm,波段介于微波与红外之间。太赫兹频段携带了异常丰富的信息,特别是在安防方面,具有非电离辐射、穿透性强等独特优势,具体如下:


首先,太赫兹波是非电离辐射。太赫兹光子能量非常低,差不多是X射线能量的百万分之一。太赫兹这个特点使其在零辐射安检、医学应用和无损检测等领域应用拥有巨大技术优势。

其次,太赫兹波的频谱范围非常宽和独特。许多生物大分子和被检测材料的振动能级都处在太赫兹频段,因此太赫兹技术在危险品、爆炸物、光谱分析和物质构成分析等方面能够起到非常关键的作用。


再次,太赫兹波的穿透性很强。在安防应用场景中的很多物质,如有机分子、汽油、稀有气体等,它们对太赫兹波段的吸收不明显。太赫兹波可以在低损的情况下穿透墙壁、陶瓷、塑料、碳板、布料等物质,让太赫兹安检设备能够有效的成像,剔除障碍物,进行危险品的识别。

在其他光谱学和成像方面,相较于毫米波,太赫兹波的频率很高,脉冲极短(皮秒量级),正因为具有很高的空间分辨率和时间分辨率,太赫兹技术适用于机场、车站等公共场所的安全监测,能够提供比毫米波更加高的分辨率。同时相对于X光,太赫兹光束能用光学器件等进行精密光电子学方面的调制,如在医学领域的早期皮肤癌检测,太赫兹能够提供亚纳米级的无损检测精度。


最后,太赫兹可利用的频段也是非常宽,是接下来发展高速通讯的基础频段。

太赫兹技术拥有非常多的优越特性,这也是矽赫科技为什么采用太赫兹技术聚焦智能光电的主要原因。太赫兹技术在空间探测、医学成像、安全检查、无损检测、宽带通信等多个领域都具有非常广阔的应用前景,未来将会为许多传统产业带来突破性的进展。


麦姆斯咨询:当前,在机场、火车站、地铁站等公共场所安检无处不在,相比以X射线为主的安检设备,请您介绍一下矽赫科技的太赫兹人工智能安检设备有何优势?


洪鹏达:目前普遍的安检流程是“X光安检机 + 金属探测器”的形式,这种形式存在几个弊端:X光只能检测物品形态,不能检测成分,需要人眼进行二次鉴别,甚至需要开箱检查,费时费力;金属探测器则只能检测金属物品,对于非金属违禁品就“束手无策”。而太赫兹人工智能安检仪可以同时解决这些弊端。


矽赫科技的太赫兹人工智能安检设备采用的是零辐射、高穿透的太赫兹技术以及核心成像技术,配合矽赫科技智能云平台,可以做到实时成像,在检测到违禁品的同时会立即发出灯光、画面警报,实现无人值守智能物检。另外,设备支持历史追溯,有利于数据调用和信息追踪。


太赫兹人工智能安检设备具有许多独特优势:


一是更安全,以人体安检为例,若采用主动发射,太赫兹的低能量,对人体安全方面是很好的保障;若太赫兹人工智能安检设备采用被动探测发射,设备不产生任何的电离或电磁辐射,只是接收被检人员或者物体发射出的太赫兹波,不会向外辐射电磁波,因此没有任何危害,对被检测的人员或物品绝对安全。在物检方面,一般采用主动发射和探测的工作方式,对被测物体进行无损的检测;


二是更可靠,太赫兹人工智能安检设备除了可以探测到金属物品外,还可以探测到非金属危险物品;


三是更文明,太赫兹人工智能安检设备的检测方式是非接触式检查,会充分保护被检人员及其物品的个人隐私;


四是更高效,太赫兹人工智能安检设备每小时可以检测常规行李箱大约1800件,在安检效率上提高一个量级。试想,当机场、海关、车站等场所的安检口部署太赫兹人工智能安检仪后,行李安检将不再需要安检员人眼辨别,一旦有违禁品出现,安检仪将立刻自动发出警报提示安检员。


把太赫兹成像技术应用于安检,可以避免辐射伤害,同时一步解决非金属危险品和隐匿物品的检测问题,能够真正实现安全、文明、高效、无缝的安检安防,完全符合未来安检安防技术发展的趋势。

矽赫科技的太赫兹人工智能安检仪

麦姆斯咨询:太赫兹技术前景很美好,拥有巨大的潜力和优势亟待开发,但也存在自身的局限性。您认为目前太赫兹技术商业化最重要的瓶颈是什么?矽赫科技对此有何技术解决方案?


洪鹏达:最关键的步骤是让太赫兹技术从实验室走向应用市场,实现产品落地,而目前的瓶颈主要是较高的价格对应用市场的接受度有一定影响。当前太赫兹器件的制造成本还处在比较高的位置,对整机的价格会形成不小的压力,因此客户对价格的接受度是一个关键因素。矽赫科技对这方面的解决策略,一是加大技术储备和关键技术的积累,提供差异化的产品性能,尽可能地满足客户的需求;二是力求降低制造成本,让太赫兹智能产品的接受度更高、更广泛。


麦姆斯咨询:激光雷达(LiDAR)被广泛认为是L3+级别自动驾驶汽车不可或缺的传感器之一。在此方面,矽赫科技同时推出了MEMS激光雷达和Flash激光雷达,请您阐述这两款雷达的性能差异及目标应用。


洪鹏达:激光雷达通过发射激光、接收回射光并经过信号处理,可以高精度、高准确性地获取探测目标的距离、速度和形状等基础信息,能够实现目标物体的三维成像。目前激光雷达种类可以分为机械式激光雷达和固态激光雷达。机械式激光雷达的工作原理是利用机械旋转部件进行大角度的光束扫描,来对周围环境进行探测,它的缺陷是结构复杂、装配困难、扫描频率低、成本高昂。固态激光雷达则主要有微机电系统(MEMS)、相控阵、面阵闪光(Flash)三个技术路径。


MEMS激光雷达是将所有机械部件集成到芯片上,基本摒弃机械部件,而采用微振镜结构来实现对目标物体的3D扫描,可以进行中长距离的探测。矽赫科技的MEMS激光雷达采用抗强光干扰光源,水平分辨率达到0.05°,垂直分辨率0.25°,精度达到5 cm,帧率20 Hz,角度是60° x 20°,探测距离可以达到200 m。矽赫科技MEMS激光雷达可靠性很高,可以适应多种环境,支持外触发,同时支持外接GPS、北斗定位,功能扩展性方面非常强。


Flash激光雷达工作原理和MEMS激光雷达不太一样,它属于非扫描式雷达,工作时会向探测区域发射面阵光来获得点云图像,在探测距离上以短距离为主。矽赫科技Flash激光雷达采用抗强光干扰光源,帧率可以调节,范围可以从6 Hz到120 Hz。它可以同时测量16个点,精度达到5 cm,角度是8° x 45°,额定视场探测距离可以达到100 m。矽赫科技Flash激光雷达也能够适应多种环境,可靠性上不成问题,另外也同样支持外触发,支持外接GPS和北斗定位。矽赫科技Flash激光雷达没有运动部件,超静音,在恶劣环境下也可以正常使用,可以多次复用。

MEMS激光雷达和Flash激光雷达是目前矽赫科技的研发应用方向,在辅助驾驶、无人驾驶、无人车避障系统、公共交通、安防、导弹制导、遥感、测绘等领域都能发挥重要作用。