Το Light Detection And Ranging (LiDAR) είναι η κύρια λύση για την παροχή υψηλής ακρίβειας και υψηλής ταχύτητας οπτικής ανίχνευσης και ανίχνευσης. Στο σύστημα LiDAR, η πηγή φωτός λέιζερ που σαρώνει αποτελεσματικά το χώρο είναι ο πυρήνας για την πραγματοποίηση της λειτουργίας ανίχνευσης και ανίχνευσης ραντάρ. Οι τεχνικές λύσεις για την υλοποίηση της σάρωσης δέσμης χωρίζονται σε παθητική σάρωση δέσμης και ενεργή σάρωση δέσμης. Η παθητική σάρωση δέσμης περιλαμβάνει ημι-στερεά κατάσταση μικρο-ηλεκτρο-μηχανικό σύστημα (MEMS) LIDAR, το οποίο πραγματοποιεί σάρωση χωρικής δέσμης μέσω μηχανικής περιστροφής, και πλήρως στερεάς κατάστασης οπτική διάταξη φάσεων (OPA), η οποία πραγματοποιεί σάρωση χωρικής δέσμης αλλάζοντας το οδηγός κύματος. (OPA), το οποίο εκτρέπει τη δέσμη και επιτυγχάνει μηχανική σάρωση αλλάζοντας τη γεωμετρία ή την κατανομή του δείκτη διάθλασης του κυματοδηγού. Σε αντίθεση με τα υπάρχοντα συστήματα παθητικής σάρωσης όπως το MEMS και το OPA, η ενεργή σάρωση δέσμης (ABS) χρησιμοποιεί μια ενεργά εκπεμπόμενη πηγή φωτός για σάρωση, η οποία μπορεί να βελτιώσει αποτελεσματικά την απόδοση μετατροπής ενέργειας του συστήματος, να αυξήσει την ισχύ εξόδου και να μειώσει την πολυπλοκότητα του διαστημικού συστήματος .
Πρόσφατα, μια ομάδα ακαδημαϊκού Zheng Wanhua από το Ινστιτούτο Ημιαγωγών της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών, μαζί με μια ομάδα του Peng Chaojieqing του Πανεπιστημίου του Πεκίνου, πραγματοποίησαν σάρωση ενεργού χωρικής δέσμης λέιζερ με ηλεκτρική έγχυση με βάση ένα λέιζερ εκπομπής φωτονικών κρυστάλλων επιφάνειας (PCSEL). Η δομή παίρνει το κβαντικό AlGaInAs καλά και το μέσο κέρδους και χρησιμοποιεί έναν φωτονικό κρύσταλλο πεπερασμένου μεγέθους για να κβαντίσει τις ζώνες συνεχούς ενέργειας σε διακριτούς τρόπους, λαμβάνοντας τρόπους πολλαπλών τάξεων που αντιστοιχούν στη διέγερση διαφορετικών γωνιών διασποράς στο μακρινό πεδίο. Σε συνδυασμό με τη διαμόρφωση φορέα, διαφορετικές λειτουργίες σειράς διεγείρονται κάτω από διαφορετικά ρεύματα έγχυσης, πραγματοποιώντας έτσι την ενεργή σάρωση δέσμης. Το ηλεκτρικά εγχυόμενο PCSEL παρέχει υποστήριξη εξαρτημάτων για 2D ενεργό ραντάρ διαστημικής σάρωσης λέιζερ.
Η πηγή ρεύματος χρησιμοποιείται για την οδήγηση του λέιζερ σε υψηλή ταχύτητα για την πραγματοποίηση σάρωσης δέσμης με ρυθμό έως και 1 MHz, που είναι μία έως δύο τάξεις μεγέθους βελτίωση στον ρυθμό σάρωσης σε σύγκριση με το παραδοσιακό σχήμα MEMS. Το λέιζερ μπορεί να αυξήσει την ταυτόχρονη κλίμακα ανίχνευσης, την ευελιξία και να μειώσει την κατανάλωση ενέργειας. Αφενός, το λέιζερ είναι μία από τις πιο υποσχόμενες τεχνολογικές διαδρομές για το LIDAR, την απεικόνιση με λέιζερ και την ανίχνευση λέιζερ και παρέχει έναν νέο μηχανισμό ελέγχου για το ραντάρ ενεργής συστοιχίας φάσης. Από την άλλη πλευρά, τα χαρακτηριστικά της επιφανειακής εκπομπής του έχουν μοναδικά πλεονεκτήματα στους τομείς της ανίχνευσης ανίχνευσης, της φωτονικής ολοκλήρωσης και των συστοιχιών μεγάλης κλίμακας.
Τα αποτελέσματα, με τίτλο "Active Beam Steering Enabled by Photonic-Crystal Surface Emitting Laser", δημοσιεύτηκαν στις 11 Ιουλίου στο American Chemical Society Nano (ACS Nano). -Nano (DOI: 10.1021/acsnano.3c09793). Ο Mingjin Wang, ένας νεαρός ερευνητής του Ινστιτούτου Ημιαγωγών (ISS), και ο Feifan Wang, μεταδιδακτορικός υπότροφος του Πανεπιστημίου του Πεκίνου (Πανεπιστήμιο του Πεκίνου), είναι οι πρώτοι συγγραφείς της εργασίας και ο Wanhua Zheng, ακαδημαϊκός του ISS και του Chao. Ο Peng, καθηγητής του Πανεπιστημίου του Πεκίνου, είναι οι συν-αντίστοιχοι συγγραφείς.
Αυτή η εργασία υποστηρίχθηκε από το Εθνικό Πρόγραμμα Έρευνας και Ανάπτυξης της Κίνας και το Εθνικό Ίδρυμα Φυσικών Επιστημών της Κίνας.
Εικ. 1 Κβαντοποίηση PCSEL ζωνών συνεχούς ενέργειας σε διακριτούς τρόπους λειτουργίας
Εικ. 2 Σάρωση δέσμης υψηλής ταχύτητας
