Naslovnica SCI-TECH Manji, jeftiniji lidar sa novim uređajem za upravljanje gredama zasnovanim na čipu

Manji, jeftiniji lidar sa novim uređajem za upravljanje gredama zasnovanim na čipu

61
0

Novi OPA koji zamjenjuje višestruke emitere tradicionalnih OPA sa rešetkastom rešetkom kako bi se stvorio jedan emiter. Ovaj dizajn omogućava široko vidno polje bez žrtvovanja kvaliteta zraka. Zasluge: Hao Hu, Tehnički univerzitet Danske

Istraživači su razvili novu tehnologiju upravljanja snopom zasnovanom na čipu koja pruža obećavajući put do malih, isplativih i lidarskih sistema visokih performansi. Lidar, ili detekcija i određivanje dometa svetlosti, koristi laserske impulse za dobijanje 3D informacija o sceni ili objektu. Koristi se u širokom spektru aplikacija kao što su autonomna vožnja, 3D holografija, biomedicinsko sensing, optička komunikacija slobodnog prostora i virtuelna stvarnost.

„Upravljanje optičkim snopom je ključna tehnologija za lidarske sisteme, ali konvencionalni sistemi za upravljanje snopom zasnovani na mehaničkim snopovima su glomazni, skupi, osjetljivi na vibracije i ograničeni na brzinu“, rekao je vođa istraživačkog tima Hao Hu sa Tehničkog univerziteta u Danskoj. “Iako uređaji poznati kao optički fazni nizovi zasnovani na čipu (OPA) mogu brzo i precizno upravljati svjetlom na nemehanički način, do sada su ovi uređaji imali loš kvalitet zraka i vidno polje obično ispod 100 stepeni.”

Hao Hu i Yong Liu

Hao Hu i Yong Liu razvili su OPA baziran na čipu koji postiže upravljanje snopom sa širokim vidnim poljem bez ugrožavanja kvaliteta zraka. Uređaj bi mogao omogućiti male, isplative i visoke performanse lidarskih sistema. Zasluge: Hao Hu, Tehnički univerzitet Danske

Hu i koautor Yong Liu opisuju svoj novi OPA baziran na čipu koji rješava mnoge probleme koji su mučili OPA u OPTIČKI, časopis Optica Publishing Group za istraživanja visokog uticaja. Oni pokazuju da uređaj može eliminirati ključni optički artefakt poznat kao aliasing i postići upravljanje snopom u velikom vidnom polju uz održavanje visokog kvaliteta zraka. Ova kombinacija bi mogla uvelike poboljšati lidarske sisteme.

“Vjerujemo da su naši rezultati revolucionarni u području upravljanja optičkim snopom,” rekao je Hu. „Ovaj razvoj postavlja temelje za lidar baziran na OPA-u koji je jeftin i kompaktan, što bi omogućilo da se lidar široko koristi za različite aplikacije kao što su napredni sistemi za pomoć vozaču visokog nivoa koji mogu pomoći u vožnji i parkiranju i povećati sigurnost.”

Novi OPA dizajn

OPA-i izvode upravljanje snopom elektronskim kontrolom faznog profila svjetlosti kako bi formirali specifične svjetlosne obrasce. Većina OPA koristi niz talasovoda da emituje mnogo snopova svetlosti, a zatim se interferencija primenjuje u dalekom polju (daleko od emitera) da bi se formirao obrazac. Međutim, činjenica da su ovi talasovodni emiteri obično udaljeni jedan od drugog i generišu više snopova u dalekom polju stvara optički artefakt poznat kao aliasing. Da bi se izbjegla greška pri namještanju i postiglo vidno polje od 180°, emiteri moraju biti blizu jedan drugom, ali to uzrokuje jake preslušavanje između susjednih emitera i degradira kvalitet zraka. Dakle, do sada je postojao kompromis između OPA vidnog polja i kvaliteta zraka.

Da bi prevazišli ovaj kompromis, naučnici su dizajnirali novi tip OPA koji zamenjuje višestruke emitere tradicionalnih OPA sa pločastom rešetkom kako bi se stvorio jedan emiter. Ova postavka eliminiše grešku pri postavljanju aliasinga jer susjedni kanali u rešetki ploče mogu biti vrlo blizu jedan drugom. Veza između susjednih kanala nije štetna u rešetki ploče jer omogućava interferenciju i formiranje zraka u bliskom polju (blizu pojedinačnog emitera). Svjetlost se tada može emitovati u udaljeno polje pod željenim uglom. Kako bi smanjili pozadinsku buku i smanjili druge optičke artefakte kao što su bočni režnjevi, istraživači su također primijenili dodatne optičke tehnike.

Visok kvalitet i široko vidno polje

Kako bi testirali svoj novi uređaj, naučnici su napravili poseban sistem za snimanje za mjerenje prosječne optičke snage dalekog polja duž horizontalnog smjera u vidnom polju od 180°. Oni su demonstrirali upravljanje snopom bez zatezanja u ovom smjeru, uključujući upravljanje iznad ±70°, iako je uočena određena degradacija snopa.

Zatim su karakterizirali upravljanje snopom u vertikalnom smjeru podešavanjem talasne dužine od 1480 nm do 1580 nm, postižući raspon podešavanja od 13,5°. Konačno, pokazali su svestranost OPA koristeći ga za formiranje 2D slika slova “D”, “T” i “U” centriranih pod uglovima od -60°, 0° i 60° podešavanjem i talasne dužine i fazni pomerači. Eksperimenti su izvedeni sa širinom snopa od 2,1°, koju istraživači sada rade na smanjenju kako bi postigli upravljanje snopom s višom rezolucijom i dužim dometom.

“Naš novi OPA baziran na čipu pokazuje performanse bez presedana i prevazilazi dugotrajne probleme OPA-a tako što istovremeno postiže upravljanje 2D snopom bez zamašnjavanja preko cijelog vidnog polja od 180° i visok kvalitet snopa s niskim nivoom bočnih režnja”, rekao je Hu.

Referenca: „Silicijum optički fazni niz sa vidnim poljem od 180 stepeni za upravljanje 2D optičkim snopom“ od Y. Liu, H. Hu, 4. avgusta 2022, OPTIČKI.
DOI: 10.1364/OPTICA.458642

Ovaj rad finansiraju VILLUM FONDEN i Innovationsfonden Danska.


Izvor: scitechdaily.com


Pratite nas na Facebook-u | Twitter-u | YouTube-u

WPAP (319)