矽赫科技:立足太赫兹底层技术,开拓智能光电新领域

微访谈:矽赫科技CEO洪鹏达

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
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
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0.1~10THz,波长范围是0.03~3mm,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
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5cm,帧率20Hz,角度是60° x 20°,探测距离可以达到200m。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6Hz到120Hz。它可以同时测量16个点,精度达到5cm,角度是8° x 45°,额定视场探测距离可以达到100m。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。

矽赫科技MEMS激光雷达和Flash激光雷达产品
矽赫科技MEMS激光雷达和Flash激光雷达产品
矽赫科技MEMS激光雷达和Flash激光雷达产品

麦姆斯咨询:激光雷达技术路线繁多,除了MEMS和Flash两类激光雷达,还有机械式、相控阵、调频连续波(FMCW)等类型,您认为未来激光雷达的主流技术路线将会是哪些?为什么?

洪鹏达:由于机械式激光雷达存在内部结构复杂、成本高昂、量产良率低等问题,我认为未来激光雷达技术路线基本上是逐渐向固态激光雷达靠拢的。当前固态激光雷达有三种主流技术方案:MEMS、相控阵和Flash。由于固态激光雷达内部没有可移动部件,相对于机械式激光雷达而言更稳定可靠,装配也更简单,更重要的是可以大大降低成本,更符合市场需求。

以MEMS固态激光雷达为例,它的扫描不需要旋转部件,而是通过MEMS微振镜进行扫描,在工作时通过微振镜进行偏转发射出光束,需要的激光发射器和接收器都非常少,结构简单、尺寸小,在成本上可以有更大的压缩空间。随着越来越精湛的半导体技术和材料技术的出现,为顺应市场的需求,激光雷达在无人驾驶、机器人、智能安防、智能交通管控等领域将朝着全固态、微型化、集成化和智能化的趋势发展。

麦姆斯咨询:为提高自动驾驶的安全冗余,多传感器融合是必经之路,矽赫科技关注太赫兹技术与激光雷达的融合发展,请您谈谈把太赫兹技术引入激光雷达,将会带来哪些突破?

洪鹏达:如前面所说的,太赫兹因为具有很多优异的性质,能够给天文学、通讯(高速通信)、雷达、电子对抗、电磁武器、医学成像、无损检测、安全检查等领域带来突破性的发展。传统激光雷达可以满足普通环境下的探测需求,但是在雨雾天之类的恶劣环境条件下很难有效发挥作用。而太赫兹对雨雪、云雾、沙尘等有很强的穿透性,所以即使在大气悬浮物很多的天气条件下,采用太赫兹技术的激光雷达仍然可以很好地穿透阻碍,能够实现远距离、高分辨率、全天候的目标探测。我们聚焦太赫兹技术和激光雷达系统的融合,可以弥补传统激光雷达的缺陷,获得精确的探测数据和可靠的环境分析,为恶劣天气下的自动驾驶或辅助驾驶提供更安全和更可靠的保障。

麦姆斯咨询:在激光雷达核心元器件方面,主要有三大类:光源(如激光器)、光束操作元件(如MEMS微镜)、探测器(如光电二极管),请问矽赫科技在核心元器件方面做了哪些布局?

洪鹏达:在核心元器件方面,我们坚持自研为主。矽赫科技致力于底层关键技术的研发,具备很强的器件设计能力。矽赫科技核心团队中有许多拥有多年科研经验的技术人员,底层技术自研是我们立足的根本,也是我们的优势之一。目前,矽赫科技根据自身的资金情况,正在有选择地实现相关底层器件的产业落地。同时,矽赫科技也非常欢迎和广大的光电器件厂商合作,共同推进相关产业的发展。

以激光光源为例,我们有已经量产的多款自研激光器,可以满足激光雷达和其它产品线的核心器件、组件等需求。矽赫科技的TeraComm™系列有三款已经发布的激光器:1550nm纳秒光纤激光器、1550nm连续光纤激光器以及C波段ASE增益平坦光源。

(1)1550nm纳秒光纤激光器是基于主振荡功率放大(MOPA)设计,经一级或多级光放大,可以实现高峰值功率的纳秒脉冲输出。这个激光器的峰值功率不低于25W,输出功率最高可以达到0.25W,是在人眼安全范畴的。通过上位机,可以调节激光重复频率、峰值功率和脉冲能量,操作上非常简便。另外如果有特殊要求,我们也可以提供宽范围的脉宽和高功率的选择。

(2)1550nm连续光纤激光器是基于双环形腔设计,由光纤布拉格光栅(FBG)高反射镜、可饱和吸收体构成,采用一体化全光纤结构,通过选频可以输出1530~1575 nm波长的单频窄线宽激光。激光输出功率也可以通过上位机来调节。通过采用主振荡器功率放大(MOPA)设计,我们可以提供瓦特量级的激光输出。

(3)C波段ASE增益平坦光源这个激光器也是采用的全光纤结构一体化设计,整体基于增益平坦技术,输出光谱平坦度小于1dB。通过上位机可以调节激光输出功率。封装方面,矽赫科技支持模块封装和台式封装。

矽赫科技的TeraComm™系列三款激光器
矽赫科技的TeraComm™系列三款激光器

麦姆斯咨询:目前自动驾驶市场成熟度低于预期,传感器的成本居高不下是主要原因之一。今年马斯克曾公开“抵制”激光雷达,并在特斯拉自动驾驶方案中放弃了激光雷达,请谈谈您对此有何看法?在激光雷达商业化落地方面,矽赫科技如何控制成本,使得汽车能够用得起、用得好?

洪鹏达:我认为马斯克的观点可能是由于目前激光雷达的研发和制造成本高昂,动辄数万美元,导致市场难以承受。但就长远来说,我认为激光雷达仍将是无人驾驶不可或缺的关键一环。随着相关技术的进步与产能的提升,激光雷达成本正在逐渐降低,市场售价也会有所下降。

在一般应用场景下,摄像头可以实现无人驾驶所需的一部分功能,但对于目标距离、速度的测量,激光雷达则明显具有摄像头无法比拟的优势。激光雷达能根据环境回射光建立三维图像,让自动驾驶的安全保障更立体、更灵活。要实现真正的无人驾驶,仅使用单一的摄像头方案显得过于单薄,安全方面也无法得到更有效的保障。事实上,将摄像头和激光雷达进行融合完全可以发挥各自优势,形成优势互补,目前,矽赫科技也在不断完善激光雷达和摄像头及其它传感器的融合数据算法方面的研究,提升算法自适应性,从而为自动驾驶提供更强大的环境感知解决方案。

在成本方面,矽赫科技正在开发下一代产品,并设法进一步提高性能、减小尺寸,对产品进行高可靠性和低成本化的迭代,不断向车规级靠拢。此外,矽赫科技在关键元器件上不断探索、坚持自研,最大化地满足客户的定制化需求,这也在一定程度上降低了激光雷达制造成本。

麦姆斯咨询:激光雷达在自动驾驶汽车上商业化使用尚待时日,我们有看到很多关于激光雷达在物流仓储、工业检测、安防等应用,您如何看待激光雷达在这些应用领域的发展前景?矽赫科技是否也进行了相应布局?

洪鹏达:激光雷达技术经历数十年的发展,目前已经涵盖了激光测距、激光跟踪、激光测速、激光扫描成像、激光多普勒成像等多项技术。激光雷达具有角度范围宽、探测距离远、速度分辨率高、抗强光干扰能力强、隐蔽性好等众多优势,通过与各传感器相融合可以形成优势互补,大大提高探测效率及质量,在多个领域拥有广阔的应用前景。

在物流仓储、工业检测等领域,激光雷达可以实现物品定位、扫描以及材料检测等功能。在安防领域,激光雷达也能发挥重要作用,大到国防和登月,小到楼宇和小区安保,激光雷达能够在识别、跟踪、定位等方面提供支持,提供更先进、更完善的安全保障。

矽赫科技研发的激光雷达不仅仅适用于自动驾驶、辅助驾驶领域,在环境监测、遥感、飞行时间光电传感、医学医疗、智慧城市建设以及军事(机载、舰载)等领域也大有可为。

麦姆斯咨询:矽赫科技的主要技术特色是将光电技术和人工智能的结合,请您谈谈人工智能对未来的光电技术带来什么改变?

洪鹏达:人工智能是未来的一项核心技术,是传统产业进行数字化转型的重要关键。将人工智能(AI)引入光电技术是矽赫科技团队一直力求突破与进展的方向,矽赫科技AI团队拥有丰富的人工智能算法和大数据项目背景,这为矽赫科技的光电产品注入了第四次工业革命的基因,让我们的产品在和传统光电产品的较量上具备明显优势。光电技术在天文、军事、通信、安防等多个领域都扮演着非常关键的角色,而当前将人工智能与各行业进行融合,正在推动多个传统产业的发展,可以想象人工智能与光电技术的结合将不仅仅是简单的行业相加,而会产生更大的效应,将两者结合的智能光电产业也将是未来的重要支柱产业。

人工智能是全球科技大势所趋,前沿光电技术和人工智能的结合,必然会给光电行业带来产业链革新。

麦姆斯咨询:矽赫科技最近是否有融资计划?如果有,请您介绍下融资需求吧。

洪鹏达:矽赫科技最近有在进行相关的融资活动,目前的融资需求主要用于智能光电产品的市场推广和技术迭代。

麦姆斯咨询:请您畅谈一下矽赫科技未来五年产品发展路线图以及企业愿景。

洪鹏达:未来几年,矽赫科技主要聚焦于安防、车载、工业检测等领域,相对应的产品主要有太赫兹人工智能安检仪、智能安检门、智能周界入侵探测终端、固态激光雷达系列、激光器系列等。在将产品做好做精的基础上,我们着力于将光电产品与人工智能结合,打造全球领先的智能光电感知产品,为行业提供更先进、更智能的服务。

用智能感知真实世界——这是矽赫科技一直以来的目标与愿景。矽赫科技致力于让人工智能与前沿光电技术融合,赋予光电感知智慧,不断推动产业升级发展,为世界提供领先的智能光电产品和服务,为大众创造更智能、更便捷和更美好的生活。

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