Новая кремний-фотонная архитектура приведет к появлению компактных высокопроизводительных лидарных датчиков
Лидарные системы помогают беспилотным автомобилям обнаруживать препятствия и составлять карту окружающей местности с помощью импульсов инфракрасного излучения. Однако современные системы остаются дорогостоящими и технически сложными. Во многих из них используются движущиеся части, которые со временем изнашиваются, что затрудняет их масштабирование для более широкого коммерческого применения в транспортной и промышленной сферах.
Многие традиционные лидарные системы создают карту местности с помощью громоздкого устройства, которое вращается и посылает световые импульсы в разных направлениях. Свет отражается от близлежащих объектов и возвращается к датчику, предоставляя данные, которые используются для реконструкции окружающей среды.
В кремниево-фотонной технологии для обработки информации используется свет, а не электрические сигналы. Инженеры считают ее перспективным направлением для создания компактных лидарных систем, поскольку она позволяет размещать оптическое оборудование на полупроводниковых чипах. Однако предыдущие модели кремниево-фотонных лидаров не могли эффективно сканировать периферийные углы. Существующие методы расширения зоны обзора часто приводили к появлению дополнительных шумов и снижению точности измерений.
Исследователи из Массачусетского технологического института решили эту проблему, разработав набор антенн с пониженным уровнем перекрестных помех, которые можно размещать близко друг к другу без существенного эффекта взаимного влияния.
Лидарные датчики на основе кремниевой фотоники систематически сканируют излучаемый световой луч в нескольких направлениях без использования механических средств с помощью системы, называемой интегрированной оптической фазированной решеткой (Integrated Optical Phased Array, OPA).
Ключевым элементом OPA является набор встроенных антенн с небольшими выступами, расположенными по всей длине. Эти выступы позволяют антенне рассеивать свет от входного источника вверх и за пределы фотонного чипа. Регулируя фазу света, направляемого на каждую антенну, исследователи могут изменять угол, под которым свет выходит из массива. Таким образом, они могут управлять лучом без использования движущихся частей. Но если инженеры разместят антенны слишком близко друг к другу, они будут взаимодействовать между собой, и излучаемый ими свет будет смешиваться. Чтобы этого избежать, ученые обычно размещают антенны на большем расстоянии друг от друга, но у этого подхода есть свои недостатки. Если антенны расположены слишком далеко друг от друга, решетка будет излучать несколько копий светового луча под разными углами. Исследователи могут направлять основной луч только в одном направлении — до тех пор, пока он не сливается с соседними копиями.
«Это ограничивает поле зрения, поэтому беспилотный автомобиль теперь видит только то, что находится прямо перед ним в определенном угловом диапазоне», — объясняет Гарсия Колето.
Эти копии луча, так называемые дифракционные лепестки, могут давать ложные срабатывания, сбивая датчик с толку. Кроме того, они расходуют энергию впустую.
Исследователи из Массачусетского технологического института решили эту проблему, разработав набор антенн с пониженным уровнем перекрестных помех, которые можно размещать близко друг к другу без существенного эффекта взаимного влияния.
В стандартной OPA все антенны имеют одинаковую конструкцию, то есть одинаковое расположение гофров. При близком расположении эти идентичные антенны сильно взаимодействуют друг с другом.
Чтобы преодолеть это фундаментальное препятствие, исследователи из Массачусетского технологического института разработали набор из трех антенн разной геометрии, варьируя ширину каждой антенны, а также размер и расположение гофров. Благодаря разной геометрии каждая антенна имеет свой коэффициент распространения, который определяет, как свет распространяется по антенне.
Исследование демонстрирует растущий интерес к оптическим фазовым решеткам, которые управляют светом не механически, а с помощью электроники. Инженеры считают их важнейшей технологией для будущих лидарных систем, поскольку они позволяют быстро направлять лазерные лучи без физического перемещения.
Сообщение Новая кремний-фотонная архитектура приведет к появлению компактных высокопроизводительных лидарных датчиков появились сначала на Время электроники.