掃描激光器是日常生活中不可缺少的東西，如超市中的條形碼掃描器以及智能手機(jī)上的攝像頭，此種設(shè)備依賴激光器和探測器實(shí)現(xiàn)極其精確的精度。利用激光雷達(dá)測量距離、識別目標(biāo)也變得越來越普遍，其反射的激光束可以探測周圍的環(huán)境，為自動駕駛汽車、農(nóng)用機(jī)器和工廠機(jī)器人提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

目前的技術(shù)是從移動的鏡子中反射激光束，此種機(jī)械法會導(dǎo)致掃描速度慢且出現(xiàn)誤差，而且還需要尺寸較大且較復(fù)雜的設(shè)備以容納激光器和鏡子。近日據(jù)外媒報(bào)道，日本京都大學(xué)工程系研究生學(xué)院的研究人員設(shè)計(jì)了一種利用“光子晶體”的新型光束掃描設(shè)備，根本無需移動部件。

■看似隨機(jī)的光子晶體允許激光束以不同的角度發(fā)射，從而使激光雷達(dá)技術(shù)更加靈活和緊湊（圖片來源：京都大學(xué)）

研究人員發(fā)現(xiàn)，改變晶格點(diǎn)的形狀和位置可以讓激光束向獨(dú)特的方向發(fā)射，因而不用將晶體的晶格點(diǎn)排列成有序的陣列。光子晶體激光器是一種半導(dǎo)體激光器，其晶格點(diǎn)可以看作納米大小的天線，通過排列可以讓激光束從表面垂直發(fā)射。不過最開始，該激光束只能在一個二維平面上朝一個方向發(fā)射，該團(tuán)隊(duì)希望其能夠覆蓋更多的區(qū)域。

循環(huán)排列此類天線的位置雖然可以成功改變發(fā)射方向，但是會導(dǎo)致輸出的功率減少、形狀發(fā)生改變，因而該解決方案不可行。研究人員表示：“通過調(diào)整天線的位置，相鄰天線發(fā)出的光會互相抵消，因此我們嘗試改變天線的尺寸。最終，我們發(fā)現(xiàn)調(diào)整位置和大小可以產(chǎn)生看似隨機(jī)的光子晶體，產(chǎn)生沒有能量損耗的精確光束，我們稱之為‘雙調(diào)制光子晶體’?！?/p>

通過將此類晶體安排到一個矩陣中，其中每個晶體都能向獨(dú)特的方向發(fā)射光束，該團(tuán)隊(duì)打造了一個緊湊、可切換的二維激光束掃描器，而且無需任何機(jī)械部件。

現(xiàn)在，科學(xué)家們已經(jīng)成功打造了一臺掃描儀，能夠產(chǎn)生面向100個不同方向的光束，且分辨率達(dá)10×10。該掃描儀與分散的激光束相結(jié)合制成了一種新型激光雷達(dá)，擴(kuò)大了探測范圍。該團(tuán)隊(duì)估計(jì)，經(jīng)過進(jìn)一步改進(jìn)，該掃描儀的分辨率可提高900倍，達(dá)到300×300。研究人員表示：“我們現(xiàn)在認(rèn)為，最終可以研發(fā)出一種指尖大小的激光雷達(dá)系統(tǒng)?！?/p>