Un team di ricerca KAIST ha sviluppato un chip OPA (Optical Phased Array) al silicio, che può essere un componente fondamentale per i sensori di immagini tridimensionali. Questa ricerca è stata co-guidata dal Ph.D. il candidato Seong-Hwan Kim e il Dr. Jong-Bum You del National Nanofab Center (NNFC).

Un sensore di immagine 3D aggiunge informazioni sulla distanza a un'immagine bidimensionale, come una foto, riconoscerla come un'immagine 3D. Svolge un ruolo vitale in vari dispositivi elettronici, compresi i veicoli autonomi, droni, robot, e sistemi di riconoscimento facciale, che richiedono una misurazione accurata della distanza dagli oggetti.

Molte aziende automobilistiche e di droni si stanno concentrando sullo sviluppo di sistemi di sensori di immagine 3D, basati su sistemi di rilevamento e distanza della luce meccanici (LiDAR). Però, può diventare piccolo quanto un pugno e ha un'alta probabilità di malfunzionamenti perché utilizza un metodo meccanico per guidare il raggio laser.

Gli OPA hanno guadagnato una grande attenzione come componente chiave per implementare LiDAR a stato solido perché può controllare elettronicamente la direzione della luce senza parti in movimento. Gli OPA a base di silicio sono piccoli, durevole, e può essere prodotto in serie attraverso processi Si-CMOS convenzionali.

Però, nello sviluppo delle OPA, è stato sollevato un grosso problema su come ottenere un'ampia sterzatura del fascio in direzioni trasversali e longitudinali. In direzione trasversale, è stato implementato un ampio beam-steering, relativamente facilmente, attraverso un controllo termo-ottico o elettro-ottico degli sfasatori integrato con un array 1D. Ma lo sterzo longitudinale del raggio è rimasto una sfida tecnica poiché era possibile solo uno sterzo stretto con lo stesso array 1D cambiando le lunghezze d'onda della luce, che è difficile da implementare nei processi dei semiconduttori.

Se viene modificata una lunghezza d'onda della luce, le caratteristiche dei dispositivi dell'elemento che compongono l'OPA possono variare, il che rende difficile controllare la direzione della luce con affidabilità e integrare un laser sintonizzabile in lunghezza d'onda su un chip a base di silicio. Perciò, è fondamentale ideare una nuova struttura che possa facilmente orientare la luce irradiata sia in direzione trasversale che longitudinale.

Integrando il radiatore sintonizzabile, invece del laser sintonizzabile in un OPA convenzionale, Il professor Hyo-Hoon Park della School of Electrical Engineering e il suo team hanno sviluppato un ultra-piccolo, chip OPA a bassa potenza che facilita un'ampia sterzatura del fascio 2-D con una sorgente di luce monocromatica.

Questa struttura OPA consente di ridurre al minimo i sensori di immagine 3D, piccolo come l'occhio di una libellula.

Secondo la squadra, l'OPA può funzionare come sensore di immagine 3D e anche come trasmettitore wireless che invia i dati dell'immagine nella direzione desiderata, consentendo la libera comunicazione di dati di immagini di alta qualità tra dispositivi elettronici.

Kim ha detto, "Non è un compito facile integrare una sorgente luminosa sintonizzabile nelle strutture OPA dei lavori precedenti. Speriamo che la nostra ricerca che propone un radiatore sintonizzabile faccia un grande passo verso la commercializzazione degli OPA".

Dr. Hai aggiunto, "Saremo in grado di supportare ricerche applicative di sensori di immagine 3D, soprattutto per il riconoscimento facciale con smartphone e servizi di realtà aumentata. Cercheremo di preparare una piattaforma di elaborazione in NNFC che fornisca le tecnologie di base della fabbricazione del sensore di immagine 3D".