研究人員開發(fā)了一種基于芯片的光束轉(zhuǎn)向技術(shù)，為小型化、低成本和高性能的激光雷達系統(tǒng)開辟了一條新途徑。激光雷達（或光探測和測距）使用激光脈沖來獲取場景或物體的三維信息。它被用于廣泛的應(yīng)用，如自動駕駛、三維全息、生物醫(yī)學傳感、自由空間光通信和虛擬現(xiàn)實。

丹麥技術(shù)大學研究小組負責人Hao Hu說：“光束轉(zhuǎn)向是激光雷達系統(tǒng)的一項關(guān)鍵技術(shù)，但傳統(tǒng)的基于機械的光束轉(zhuǎn)向系統(tǒng)笨重、昂貴，對振動敏感，而且速度有限，盡管被稱為基于芯片的光學相控陣（OPA）的設(shè)備能夠以非機械的方式快速而精確地引導光線，但迄今為止，這些設(shè)備的光束質(zhì)量很差，視野通常低于100度"。

在《光學》(Optica)期刊中，Hao Hu和合著者Yong Liu描述了他們新的基于芯片的OPA，解決了許多困擾OPA的問題。他們表示，該裝置可以消除被稱為混疊的關(guān)鍵光學偽影，并在保持高光束質(zhì)量的同時實現(xiàn)大視場的光束轉(zhuǎn)向。這種組合可以大大改善激光雷達系統(tǒng)。

Hao Hu說：“我們的研究成果在光束轉(zhuǎn)向領(lǐng)域是開創(chuàng)性的，這一發(fā)展為基于OPA的激光雷達奠定了基礎(chǔ)，這種激光雷達成本低，結(jié)構(gòu)緊湊，這將使激光雷達廣泛用于各種應(yīng)用，如高水平的高級駕駛輔助系統(tǒng)，可以協(xié)助駕駛和停車，提高安全性。”

全新OPA設(shè)計

OPA通過電子控制光的相位輪廓來執(zhí)行光束轉(zhuǎn)向，以形成特定的光模式。大多數(shù)OPA使用一個波導陣列來發(fā)射許多光束，然后在遠場（遠離發(fā)射器的地方）施加干擾以形成圖案。然而，這些波導發(fā)射器通常彼此間隔很遠，并在遠場產(chǎn)生多個光束，這一事實造成了一種被稱為混疊的光學假象。為了避免混疊誤差并實現(xiàn)180°視場，發(fā)射器需要靠得很近，但這在相鄰的發(fā)射器之間引起強烈的串擾，并降低了光束質(zhì)量。因此，到目前為止，OPA的視場和光束質(zhì)量之間一直存在著權(quán)衡。

為了克服這種權(quán)衡，科學家們設(shè)計了一種新型的OPA，用一個板狀光柵取代了傳統(tǒng)OPA的多個發(fā)射器，以創(chuàng)建一個單一發(fā)射器。這種設(shè)置消除了混疊誤差，因為板狀光柵中的相鄰通道可以彼此非常接近。在板式光柵中，相鄰通道之間的耦合并不是有害的，因為它可以在近場（靠近單發(fā)射器）中實現(xiàn)干擾和光束的形成。然后，光可以以理想的角度發(fā)射到遠場。為了降低背景噪聲和減少其他光學偽影，如側(cè)葉，研究人員還應(yīng)用了其他光學技術(shù)。

品質(zhì)高、視野廣

為了測試他們的新設(shè)備，研究人員建立了一個特殊的成像系統(tǒng)來測量180°視場內(nèi)沿水平方向的平均遠場光功率。他們證明了在這個方向上的無混疊光束轉(zhuǎn)向，包括超過±70°的轉(zhuǎn)向，盡管看到了一些光束退化的情況。

然后，他們通過將波長從1480納米調(diào)整到1580納米，實現(xiàn)了13.5°的調(diào)整范圍，在垂直方向上對光束轉(zhuǎn)向進行了表征。最后，他們展示了OPA的多功能性，通過調(diào)整波長和移相器，用它來形成以-60°、0°和60°為中心的字母"D"、"T"和"U"的2D圖像。實驗是在光束寬度為2.1°的情況下進行的，研究人員現(xiàn)在正努力減小光束寬度，以實現(xiàn)具有更高分辨率和更遠距離的光束轉(zhuǎn)向。