Ad oggi, lo sterzo del raggio si è basato tipicamente su dispositivi meccanici, come specchi montati su gimbal o prismi Risley rotanti, che hanno problemi intrinseci, compreso di grandi dimensioni, il peso, e requisiti di alimentazione (SWaP), velocità di scansione lente, elevati costi di riparazione e sostituzione, e tempi di vita brevi prima del guasto meccanico. I chip del rifrattore ottico elettro-evanescente orientabile (SEEOR) prendono la luce laser nell'infrarosso a media lunghezza d'onda (MWIR) come input e indirizzano il raggio in uscita in due dimensioni senza la necessità di dispositivi meccanici. I SEEOR hanno lo scopo di sostituire i tradizionali timoni a trave meccanici con molto più piccoli, accendino, dispositivi più veloci che utilizzano quantità minuscole di energia elettrica e hanno una lunga durata perché non hanno parti mobili. Credito:Jason Myers/STATI UNITI Laboratorio di ricerca navale
Gli scienziati del Naval Research Laboratory degli Stati Uniti hanno recentemente dimostrato una nuova tecnologia di guida del raggio non meccanica basata su chip che offre un'alternativa a costose, scanner laser tipo gimbal meccanici ingombranti e spesso inaffidabili e inefficienti.
Il chip, noto come rifrattore ottico elettro-evanescente orientabile, o SEEOR, prende la luce laser nell'infrarosso a media lunghezza d'onda (MWIR) come input e dirige il raggio in due dimensioni in uscita senza la necessità di dispositivi meccanici, dimostrando una migliore capacità di sterzata e velocità di scansione più elevate rispetto ai metodi convenzionali.
"Date le ridotte dimensioni, peso e consumo energetico e capacità di sterzata continua, questa tecnologia rappresenta un promettente percorso in avanti per le tecnologie di beam-steering MWIR, " disse Jesse Frantz, fisico ricercatore, NRL Divisione di Scienze Ottiche. "La mappatura nella gamma spettrale MWIR dimostra un potenziale utile in una varietà di applicazioni, quali il rilevamento di sostanze chimiche e il monitoraggio delle emissioni dai siti di rifiuti, raffinerie, e altri impianti industriali".
Il SEEOR si basa su una guida d'onda ottica, una struttura che confina la luce in una serie di strati sottili con uno spessore totale inferiore a un decimo di quello di un capello umano. La luce laser entra attraverso una sfaccettatura e si sposta nel nucleo della guida d'onda. Una volta nella guida d'onda, una parte della luce si trova in uno strato di cristalli liquidi (LC) sopra il nucleo. Una tensione applicata al LC attraverso una serie di elettrodi modellati cambia l'indice di rifrazione (in effetti, la velocità della luce all'interno del materiale), in porzioni della guida d'onda, facendo agire la guida d'onda come un prisma variabile. Un'attenta progettazione delle guide d'onda e degli elettrodi consente di tradurre questa variazione dell'indice di rifrazione in un'elevata velocità e una sterzata continua in due dimensioni.
I SEEOR sono stati originariamente sviluppati per manipolare la luce a infrarossi a onde corte (SWIR), la stessa parte dello spettro utilizzata per le telecomunicazioni, e hanno trovato applicazioni nei sistemi di guida per le auto a guida autonoma.
"Realizzare un SEEOR che funzioni nel MWIR è stata una grande sfida, " Frantz ha detto. "I materiali ottici più comuni non trasmettono luce MWIR o sono incompatibili con l'architettura della guida d'onda, quindi lo sviluppo di questi dispositivi ha richiesto un tour de force di ingegneria dei materiali."
Per realizzare questo, i ricercatori dell'NRL hanno progettato nuove strutture di guida d'onda e LC trasparenti nel MWIR, nuovi modi per modellare questi materiali, e nuovi modi per indurre l'allineamento nei LC senza assorbire troppa luce. Questo sviluppo ha unito gli sforzi in più divisioni NRL, tra cui la divisione di scienze ottiche per i materiali MWIR, progettazione e fabbricazione di guide d'onda, e il Centro per la scienza e l'ingegneria bio/molecolare per la chimica sintetica e la tecnologia dei cristalli liquidi.
I SEEOR risultanti sono stati in grado di dirigere la luce MWIR attraverso un intervallo angolare di 14°×0,6°. I ricercatori stanno ora lavorando su modi per aumentare questa gamma angolare e per estendere ulteriormente la porzione dello spettro ottico in cui i SEEOR funzionano. I dettagli completi di questa ricerca possono essere trovati nell'edizione di dicembre 2018 del Journal of the Optical Society of America .
