Figura 1. O chip OPA fabricado. Crédito:KAIST
Uma equipe de pesquisa da KAIST desenvolveu um chip de matriz de fase óptica de silício (OPA), que pode ser um componente central para sensores de imagem tridimensionais. Esta pesquisa foi co-liderada por Ph.D. candidato Seong-Hwan Kim e Dr. Jong-Bum You do National Nanofab Center (NNFC).
Um sensor de imagem 3-D adiciona informações de distância a uma imagem bidimensional, como uma foto, para reconhecê-lo como uma imagem 3D. Ele desempenha um papel vital em vários eletrônicos, incluindo veículos autônomos, drones, robôs, e sistemas de reconhecimento facial, que requerem medição precisa da distância dos objetos.
Muitas empresas de automóveis e drones estão se concentrando no desenvolvimento de sistemas de sensores de imagem 3-D, com base em sistemas de detecção e alcance de luz mecânica (LiDAR). Contudo, ele só pode ficar do tamanho de um punho e tem grande possibilidade de mau funcionamento porque emprega um método mecânico para direcionar o feixe de laser.
Os OPAs ganharam grande atenção como um componente-chave para implementar o LiDAR de estado sólido porque pode controlar a direção da luz eletronicamente sem partes móveis. Os OPAs baseados em silício são pequenos, durável, e pode ser produzido em massa por meio de processos convencionais de Si-CMOS.
Contudo, no desenvolvimento de OPAs, uma grande questão foi levantada sobre como conseguir uma direção ampla do feixe nas direções transversal e longitudinal. Na direção transversal, uma ampla direção de feixe foi implementada, relativamente facilmente, através de um controle termo-óptico ou eletro-óptico dos deslocadores de fase integrados com uma matriz 1D. Mas a direção do feixe longitudinal tem permanecido como um desafio técnico, uma vez que apenas uma direção estreita era possível com a mesma matriz 1D, alterando os comprimentos de onda da luz, que é difícil de implementar em processos de semicondutores.
Figura 2. Recurso esquemático mostrando uma aplicação do OPA a um sensor de imagem 3D. Crédito:KAIST
Se um comprimento de onda de luz for alterado, as características dos dispositivos de elemento que consistem no OPA podem variar, o que torna difícil controlar a direção da luz com confiabilidade, bem como integrar um laser ajustável por comprimento de onda em um chip baseado em silício. Portanto, é essencial conceber uma nova estrutura que possa ajustar facilmente a luz irradiada tanto no sentido transversal como no longitudinal.
Ao integrar o radiador ajustável, em vez de laser sintonizável em um OPA convencional, O professor Hyo-Hoon Park da Escola de Engenharia Elétrica e sua equipe desenvolveram um chip OPA de baixa potência que facilita um amplo direcionamento de feixe 2-D com uma fonte de luz monocromática.
Esta estrutura OPA permite a minimização dos sensores de imagem 3-D, tão pequeno quanto o olho de uma libélula.
De acordo com a equipe, o OPA pode funcionar como um sensor de imagem 3-D e também como um transmissor sem fio, enviando os dados de imagem para uma direção desejada, permitindo que dados de imagem de alta qualidade sejam comunicados livremente entre dispositivos eletrônicos.
Kim disse, "Não é uma tarefa fácil integrar uma fonte de luz sintonizável nas estruturas de OPA de trabalhos anteriores. Esperamos que nossa pesquisa propondo um radiador sintonizável dê um grande passo para a comercialização de OPAs."
Dr. Você adicionou, “Seremos capazes de apoiar pesquisas de aplicação de sensores de imagem 3-D, especialmente para reconhecimento facial com smartphones e serviços de realidade aumentada. Tentaremos preparar uma plataforma de processamento em NNFC que forneça tecnologias essenciais para a fabricação de sensores de imagem 3-D. "
