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基于芯片的光束转向装置,让激光雷达更小更便宜

来源:cnBeta.COM 发布时间:2022-08-05 1795
工业金属加工工业激光激光设备零部件光学材料与元件其他电子芯片电子芯片设计/电子设计自动化(EDA)设计/电子设计自动化(IP类软件)
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光束转向是激光雷达系统的一项关键技术。

光束转向是激光雷达系统的一项关键技术,但传统的基于机械的光束转向系统笨重、昂贵,对振动敏感,而且速度有限,尽管被称为基于芯片的光学相控阵(OPA)的设备能够以非机械的方式快速而精确地引导光线,但迄今为止,这些设备的光束质量很差,视野通常低于100度"。


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Hu和合著者Yong Liu在Optica--Optica出版集团的高影响力研究杂志上描述了他们新的基于芯片的OPA,解决了许多困扰OPA的问题。他们表明,该装置可以消除被称为混叠的关键光学伪影,并在保持高光束质量的同时实现大视场的光束转向。这种组合可以大大改善激光雷达系统。


这一发展为基于OPA的激光雷达奠定了基础,这种激光雷达成本低,结构紧凑,这将使激光雷达广泛用于各种应用,如高水平的高级驾驶辅助系统,可以协助驾驶和停车,提高安全性。OPA通过电子控制光的相位轮廓来执行光束转向,以形成特定的光模式。大多数OPA使用一个波导阵列来发射许多光束,然后在远场(远离发射器的地方)施加干扰以形成图案。


然而,这些波导发射器通常彼此间隔很远,并在远场产生多个光束,这一事实造成了一种被称为混叠的光学假象。为了避免混叠误差并实现180°视场,发射器需要靠得很近,但这在相邻的发射器之间引起强烈的串扰,并降低了光束质量。因此,到目前为止,OPA的视场和光束质量之间一直存在着权衡。


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为了克服这种权衡,科学家们设计了一种新型的OPA,用一个板状光栅取代了传统OPA的多个发射器,以创建一个单一发射器。这种设置消除了混叠误差,因为板状光栅中的相邻通道可以彼此非常接近。在板式光栅中,相邻通道之间的耦合并不是有害的,因为它可以在近场(靠近单发射器)中实现干扰和光束的形成。然后,光可以以理想的角度发射到远场。为了降低背景噪声和减少其他光学伪影,如侧叶,研究人员还应用了其他光学技术。


为了测试他们的新设备,科学家们建立了一个特殊的成像系统来测量180°视场内沿水平方向的平均远场光功率。他们证明了在这个方向上的无混叠光束转向,包括超过±70°的转向,尽管看到了一些光束退化的情况。然后,他们通过将波长从1480纳米调整到1580纳米,实现了13.5°的调整范围,在垂直方向上对光束转向进行了表征。


最后,他们展示了OPA的多功能性,通过调整波长和移相器,用它来形成以-60°、0°和60°为中心的字母"D"、"T"和"U"的2D图像。实验是在光束宽度为2.1°的情况下进行的,研究人员现在正努力减小光束宽度,以实现具有更高分辨率和更远距离的光束转向。

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