Une équipe de scientifiques dirigée par le professeur Yongkang Dong du Laboratoire national clé d'information spatiale laser de l'Université de Technologie de Harbin, en Chine, a proposé un système LiDAR à onde continue modulée en fréquence (FMCW) multifonctionnel capable de télémétrie de haute précision et de détection multi-paramètres. Cette nouvelle technologie, publiée dans Light: Science & Applications (DOI: 10.37138/lam.2026.102), intègre l'imagerie 3D avec des mesures simultanées de la température ambiante, des concentrations de gaz et de la densité des liquides, répondant ainsi aux problèmes de sécurité critiques dans les véhicules à énergie nouvelle et les engins spatiaux.
Les systèmes LiDAR FMCW traditionnels sont limités à l'imagerie 3D de haute précision et ne peuvent pas détecter les états internes des batteries ou les paramètres environnementaux. Dans les véhicules électriques, l'emballement thermique des batteries présente un risque de sécurité important, et une alerte précoce nécessite une surveillance coordonnée de multiples paramètres tels que la température, la densité de l'électrolyte et les gaz caractéristiques. Actuellement, ces fonctions sont assurées par des systèmes séparés, ce qui entraîne une complexité élevée, des coûts accrus et des défis d'intégration. Le nouveau LiDAR multifonctionnel répond à ce problème en détectant les signaux d'écho provenant à la fois de l'espace libre et de la fibre optique, permettant ainsi une imagerie et une détection simultanées via un seul démodulateur.
Dans les expériences de validation de principe, le système a réussi à imager une plaque de plastique portant le symbole « HIT » placée à 30 mètres, avec une résolution ajustable de 0,3 cm à 1,2 cm. Simultanément, la densité de l'électrolyte et la température d'une batterie ont été mesurées avec des précisions de 3×10⁻⁵ g/mL et de 0,5 °C, respectivement. Les concentrations de gaz critiques pour la surveillance de l'emballement thermique—C2H2, CO2 et CH4—ont été détectées avec des limites de 0,07 ppm, 48 ppm et 0,56 ppm, respectivement.
En intégrant le LiDAR FMCW avec la réflectométrie optique dans le domaine fréquentiel (OFDR), le système exploite la même source de lumière continue modulée linéairement pour l'imagerie en espace libre et la détection par fibre. Cette approche offre une résolution spatiale élevée et une grande dynamique, ce qui la rend adaptée à la mesure de la déformation, de la température, de la pression et de la concentration de gaz. Les chercheurs expliquent que dans le module LiDAR, la distance de la cible est calculée à partir de la différence de chemin optique entre le pic de réflexion du collimateur et le pic de réflexion de la cible. Les spectres de réflexion des réseaux de Bragg sur fibre (FBG), des cavités Fabry-Perot (FP) et des cellules à passages multiples (MPC) sont démodulés à partir de leurs pics de réflexion dans le domaine spatial via une transformée de Fourier inverse.
La capacité d'effectuer simultanément l'imagerie 3D et la détection multi-paramètres avec un seul système a des implications significatives pour la sécurité des véhicules à énergie nouvelle. Il peut combiner les fonctions clés des systèmes de conduite autonome et de gestion de la batterie en une seule unité, réduisant ainsi la complexité et les coûts. Cette technologie est également prometteuse pour les applications spatiales, où la surveillance des paramètres environnementaux et de l'intégrité structurelle est cruciale.
Le LiDAR FMCW multifonctionnel proposé représente une avancée majeure dans la détection et l'imagerie intégrées, offrant une nouvelle solution pour améliorer la sécurité des technologies émergentes.
