Il nuovo OPA che sostituisce i multi-emettitori degli OPA tradizionali con un grigliato a lastre per creare un unico emettitore. Questo design consente un ampio campo visivo senza sacrificare la qualità del raggio. Credito:Hao Hu, Università tecnica della Danimarca
I ricercatori hanno sviluppato una nuova tecnologia di guida del raggio basata su chip che fornisce un percorso promettente verso sistemi lidar (o rilevamento e portata della luce) piccoli, economici e ad alte prestazioni. Lidar, che utilizza impulsi laser per acquisire informazioni 3D su una scena o un oggetto, viene utilizzato in un'ampia gamma di applicazioni come guida autonoma, comunicazioni ottiche nello spazio libero, olografia 3D, rilevamento biomedico e realtà virtuale.
"Il governo del raggio ottico è una tecnologia chiave per i sistemi lidar, ma i sistemi di governo del raggio convenzionali basati sulla meccanica sono ingombranti, costosi, sensibili alle vibrazioni e con velocità limitata", ha affermato il leader del team di ricerca Hao Hu dell'Università tecnica della Danimarca. "Sebbene i dispositivi noti come OPA (Optical Phased Array) basati su chip possano indirizzare la luce in modo rapido e preciso in modo non meccanico, finora questi dispositivi hanno avuto una scarsa qualità del raggio e un campo visivo tipicamente inferiore a 100 gradi."
In Ottica , Hu e il coautore Yong Liu descrivono il loro nuovo OPA basato su chip che risolve molti dei problemi che hanno afflitto gli OPA. Dimostrano che il dispositivo può eliminare un artefatto ottico chiave noto come aliasing, ottenendo la guida del raggio su un ampio campo visivo mantenendo un'elevata qualità del raggio, una combinazione che potrebbe migliorare notevolmente i sistemi lidar.
"Riteniamo che i nostri risultati siano rivoluzionari nel campo della guida del raggio ottico", ha affermato Hu. "Questo sviluppo pone le basi per il lidar basato su OPA che è a basso costo e compatto, che consentirebbe al lidar di essere ampiamente utilizzato per una varietà di applicazioni come i sistemi avanzati di assistenza alla guida di alto livello che possono aiutare nella guida e nel parcheggio e aumentare sicurezza."
Un nuovo design OPA
Gli OPA eseguono la guida del raggio controllando elettronicamente il profilo di fase della luce per formare schemi luminosi specifici. La maggior parte degli OPA utilizza una serie di guide d'onda per emettere molti fasci di luce e quindi l'interferenza viene applicata in un campo lontano (lontano dall'emettitore) per formare il modello. Tuttavia, il fatto che questi emettitori di guida d'onda siano tipicamente distanziati l'uno dall'altro e generino più fasci nel campo lontano crea un artefatto ottico noto come aliasing. Per evitare l'errore di aliasing e ottenere un campo visivo di 180 gradi, gli emettitori devono essere vicini tra loro, ma ciò provoca una forte diafonia tra emettitori adiacenti e degrada la qualità del raggio. Pertanto, fino ad ora, c'è stato un compromesso tra il campo visivo OPA e la qualità del raggio.
Per superare questo compromesso, i ricercatori hanno progettato un nuovo tipo di OPA che sostituisce gli emettitori multipli degli OPA tradizionali con una griglia a lastra per creare un singolo emettitore. Questa configurazione elimina l'errore di aliasing perché i canali adiacenti nella griglia della lastra possono essere molto vicini l'uno all'altro. L'accoppiamento tra i canali adiacenti non è dannoso nel grigliato della soletta perché consente l'interferenza e la formazione del fascio nel campo vicino (vicino al singolo emettitore). La luce può quindi essere emessa nel campo lontano con l'angolo desiderato. I ricercatori hanno anche applicato tecniche ottiche aggiuntive per ridurre il rumore di fondo e altri artefatti ottici come i lobi laterali.
Hao Hu e Yong Liu hanno sviluppato un OPA basato su chip che consente di orientare il raggio con un ampio campo visivo senza compromettere la qualità del raggio. Il dispositivo potrebbe consentire sistemi lidar piccoli, economici e ad alte prestazioni. Credito:Hao Hu, Università tecnica della Danimarca
Alta qualità e ampio campo visivo
Per testare il loro nuovo dispositivo, i ricercatori hanno costruito uno speciale sistema di imaging per misurare la potenza ottica media in campo lontano lungo la direzione orizzontale su un campo visivo di 180 gradi. Hanno dimostrato la guida del raggio senza aliasing in questa direzione, inclusa la guida oltre ±70 gradi, sebbene sia stata osservata una certa degradazione del raggio.
Hanno quindi caratterizzato l'orientamento del raggio in direzione verticale sintonizzando la lunghezza d'onda da 1480 nm a 1580 nm, ottenendo un intervallo di sintonizzazione di 13,5 gradi. Infine, hanno mostrato la versatilità dell'OPA utilizzandolo per formare immagini 2D delle lettere "D", "T" e "U" centrate agli angoli di -60 gradi, 0 gradi e 60 gradi, sintonizzando sia la lunghezza d'onda che gli sfasatori. Gli esperimenti sono stati eseguiti con un'ampiezza del raggio di 2,1 gradi, che i ricercatori stanno ora lavorando per ridurre per ottenere una guida del raggio con una risoluzione più elevata e un raggio più lungo.
"Il nostro nuovo OPA basato su chip mostra prestazioni senza precedenti e supera i problemi di vecchia data degli OPA ottenendo simultaneamente una guida del raggio 2D senza aliasing sull'intero campo visivo di 180 gradi e una qualità del raggio abbagliante con un livello del lobo laterale basso", ha affermato Hu. + Esplora ulteriormente
