Pesquisadores desenvolveram uma nova tecnologia de direcionamento de feixe baseada em chip que fornece uma rota promissora para sistemas lidar (ou detecção e alcance de luz) pequenos, econômicos e de alto desempenho. O Lidar, que usa pulsos de laser para adquirir informações 3D sobre uma cena ou objeto, é usado em uma ampla gama de aplicações, como direção autônoma, comunicações ópticas de espaço livre, holografia 3D, sensoriamento biomédico e realidade virtual.
"A direção de feixe óptico é uma tecnologia chave para os sistemas lidar, mas os sistemas convencionais de direção de feixe baseados em mecânica são volumosos, caros, sensíveis à vibração e limitados em velocidade", disse o líder da equipe de pesquisa Hao Hu, da Universidade Técnica da Dinamarca. “Embora os dispositivos conhecidos como matrizes ópticas em fase (OPAs) baseadas em chip possam direcionar a luz de maneira rápida e precisa de maneira não mecânica, até agora, esses dispositivos tiveram baixa qualidade de feixe e um campo de visão tipicamente abaixo de 100 graus”.

Em Óptica , Hu e o coautor Yong Liu descrevem seu novo OPA baseado em chip que resolve muitos dos problemas que atormentam os OPAs. Eles mostram que o dispositivo pode eliminar um artefato óptico importante conhecido como aliasing, alcançando o direcionamento do feixe em um grande campo de visão, mantendo a alta qualidade do feixe, uma combinação que pode melhorar muito os sistemas lidar.

"Acreditamos que nossos resultados são inovadores no campo da direção de feixe óptico", disse Hu. "Esse desenvolvimento estabelece as bases para o lidar baseado em OPA que é de baixo custo e compacto, o que permitiria que o lidar fosse amplamente utilizado para uma variedade de aplicações, como sistemas avançados de assistência ao motorista de alto nível que podem ajudar na direção e estacionamento e aumentar segurança."

Um novo design de OPA

Os OPAs realizam o direcionamento do feixe controlando eletronicamente o perfil de fase da luz para formar padrões de luz específicos. A maioria dos OPAs usa uma matriz de guias de onda para emitir muitos feixes de luz e, em seguida, a interferência é aplicada em campo distante (longe do emissor) para formar o padrão. No entanto, o fato de que esses emissores de guia de onda são tipicamente espaçados uns dos outros e geram múltiplos feixes no campo distante cria um artefato óptico conhecido como aliasing. Para evitar o erro de aliasing e alcançar um campo de visão de 180 graus, os emissores precisam estar próximos, mas isso causa forte diafonia entre emissores adjacentes e degrada a qualidade do feixe. Assim, até agora, houve um trade-off entre o campo de visão OPA e a qualidade do feixe.

Para superar essa compensação, os pesquisadores projetaram um novo tipo de OPA que substitui os múltiplos emissores dos OPAs tradicionais por uma grade de laje para criar um único emissor. Essa configuração elimina o erro de aliasing porque os canais adjacentes na grade da laje podem estar muito próximos uns dos outros. O acoplamento entre os canais adjacentes não é prejudicial na grade da laje, pois possibilita a interferência e a formação do feixe no campo próximo (próximo ao único emissor). A luz pode então ser emitida para o campo distante com o ângulo desejado. Os pesquisadores também aplicaram técnicas ópticas adicionais para diminuir o ruído de fundo e reduzir outros artefatos ópticos, como lóbulos laterais.

Alta qualidade e amplo campo de visão

Para testar seu novo dispositivo, os pesquisadores construíram um sistema de imagem especial para medir a potência óptica média de campo distante ao longo da direção horizontal em um campo de visão de 180 graus. Eles demonstraram direcionamento do feixe sem aliasing nessa direção, incluindo direcionamento além de ±70 graus, embora alguma degradação do feixe tenha sido observada.

Eles então caracterizaram o direcionamento do feixe na direção vertical ajustando o comprimento de onda de 1480 nm a 1580 nm, alcançando uma faixa de ajuste de 13,5 graus. Finalmente, eles mostraram a versatilidade do OPA usando-o para formar imagens 2D das letras "D", "T" e "U" centradas nos ângulos de -60 graus, 0 graus e 60 graus, ajustando o comprimento de onda e os desfasadores. Os experimentos foram realizados com uma largura de feixe de 2,1 graus, que os pesquisadores agora estão trabalhando para diminuir para alcançar a direção do feixe com uma resolução mais alta e um alcance mais longo.

"Nosso novo OPA baseado em chip mostra um desempenho sem precedentes e supera os problemas de longa data dos OPAs ao obter simultaneamente direcionamento de feixe 2D sem aliasing em todo o campo de visão de 180 graus e alta qualidade do feixe com um baixo nível de lóbulo lateral", disse Hu. + Explorar mais

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