Исследователи из Университета Колорадо описывают новую кремниевую микросхему, которая может выйти за рамки громоздких, сложных систем обнаружения света и определения дальности (лидар), которые препятствуют широко распространенной адаптации систем.
Системы обнаружения и измерения дальности (лидары) основаны на электронном измерении времени, за которое лазерный импульс достигает цели, а затем возвращается, тем самым устанавливая расстояние. Это будет фундаментальная составляющая любого автомобиля с автоматическим управлением.
Однако существующие системы слишком дороги и громоздки для автомобильных приложений, не говоря уже о смартфонах, планшетах или видеоиграх. Они используют большие, физически вращающиеся зеркала, чтобы направлять лазерный луч в область, для которой желательна «картинка». Исследователи из Университета Колорадо намерены изменить это.
«Мы стремимся в идеале заменить большие, громоздкие и тяжелые лидарные системы именно этим плоским, маленьким чипом» – сказал Натан Достарт, ведущий автор исследования, опубликованного в Optica. В исследовании описан кремниевый чип, не содержащий движущихся частей или электроники, который пригодится для реальных применений.
Массивы оптических фаз (OPA), интегрированные в КМОП-платформы, образующие малогабаритные недорогие электронно-фотонные системы на кристалле, требующие небольшого количества энергии, могут оказаться отправной точкой, вокруг которой будет развиваться новое поколение технологий фотонного зондирования.
OPA служат для управления амплитудой и фазой световых волн, передаваемых с двумерной поверхности. Направляя оптические свойства с поверхности, устройство контролирует направление испускаемого светового луча, и это происходит без движущихся механических частей. Оптические фазированные решетки могут формировать и направлять электронно-оптические лучи, такие как лазерные импульсы, для испускания из апертуры на кристалле. Они также могут оптимизировать прием отраженного света, завершив цикл перемещения. В критических автомобильных приложениях, таких как усовершенствованные системы помощи водителю (ADAS), это позволит рассчитать расстояние до пешехода, другого автомобиля или любой дорожной опасности.
Достарт и его коллеги разработали метод управления лазерными лучами, который называется управлением длиной волны. Ключом к технике является наведение каждой длины волны лазера под своим уникальным углом. Вместо того, чтобы делать это в одном измерении, они разработали способ работать в двух измерениях одновременно, а не только в одном. Они использовали шаблоны с несколькими длинами волн для создания реальных трехмерных изображений.
Лучи легко контролируются путем изменения цвета. Это позволяет одновременно управлять несколькими фазовыми массивами, создавая большую апертуру для изображения с более высоким разрешением. На рисунке ниже представлен массив из 32 плиток размером 8 x 4 с немного отличающимся рисунком решетки. Иллюстрированы две совпадающие пары, освещенные лазером. Их лучи накладываются друг на друга. Интерференционная диаграмма луча в дальнем поле демонстрирует формирование плиточного луча. Следующее изображение иллюстрирует схему растрового сканирования, к которой обращается управляемый по длине волны кремниевый фотонный ОРА.
Изогнутая структура, напоминающая отпечаток пальца, указывает на дисперсию, на которую воздействует новая волноводная система, построенная на кремниевом чипе. По словам Милоша Поповича, доцента инженерного дела в Бостонском университете и соавтора исследования, «Электрическая связь находится на своем абсолютном пределе. Оптика должна вступить в игру, поэтому все эти крупные игроки стремятся сделать технологию кремниевой фотоники промышленно жизнеспособной».
© digitrode.ru