Light Detection And Ranging (LiDAR) je hlavním řešením pro zajištění vysoce přesné a vysokorychlostní optické detekce a snímání. V systému LiDAR je laserový světelný zdroj, který efektivně skenuje prostor, jádrem pro realizaci funkce radarové detekce a snímání. Technická řešení pro realizaci paprskového skenování se dělí na pasivní paprskové skenování a aktivní paprskové skenování. Skenování pasivním paprskem zahrnuje polopevný mikro-elektro-mechanický systém (MEMS) LIDAR, který realizuje skenování prostorovým paprskem prostřednictvím mechanické rotace, a plně polovodičové optické fázované pole (OPA), které realizuje prostorové skenování paprskem změnou vlnovodu. (OPA), který vychyluje paprsek a dosahuje bezmechanického skenování změnou geometrie nebo rozložení indexu lomu vlnovodu. Na rozdíl od stávajících schémat pasivního skenování, jako jsou MEMS a OPA, využívá aktivní skenování paprskem (ABS) pro skenování aktivně emitovaný světelný zdroj, který může účinně zlepšit účinnost přeměny energie systému, zvýšit výstupní výkon a snížit složitost vesmírného systému. .
Nedávno tým akademika Zheng Wanhua z Institutu polovodičů Čínské akademie věd společně s týmem Peng Chaojieqing z Pekingské univerzity realizovali elektricky injektované aktivní laserové prostorové skenování laserového paprsku založené na Photonic Crystal Surface Emitting Laser (PCSEL). Struktura využívá kvanta AlGaInAs stejně jako médium zisku a využívá fotonický krystal konečné velikosti ke kvantování spojitých energetických pásem do diskrétních režimů, čímž se získají režimy více řádů odpovídající excitaci různých disperzních úhlů ve vzdáleném poli; v kombinaci s modulací nosné jsou vybuzeny různé režimy řádu pod různými injekčními proudy, čímž se realizuje aktivní skenování paprsku. Elektricky vstřikovaný PCSEL poskytuje podporu komponent pro 2D aktivní laserový radar pro skenování prostoru.
Proudový zdroj se používá k pohonu laseru vysokou rychlostí pro realizaci skenování paprsku rychlostí až 1 MHz, což je o jeden až dva řády zlepšení rychlosti skenování ve srovnání s tradičním schématem MEMS. Laser je schopen zvýšit souběžný rozsah snímání, flexibilitu a snížit spotřebu energie. Na jedné straně je laser jednou z nejslibnějších technologických cest pro LIDAR, laserové zobrazování a laserové snímání a poskytuje nový řídicí mechanismus pro aktivní radar s fázovým polem; na druhou stranu jeho charakteristiky povrchové emise mají jedinečné výhody v oblasti detekce snímání, fotonické integrace a rozsáhlých polí.
Výsledky nazvané "Active Beam Steering Enabled by Photonic-Crystal Surface Emitting Laser" byly zveřejněny 11. července v American Chemical Society Nano (ACS Nano). -Nano (DOI: 10.1021/acsnano.3c09793). Mingjin Wang, mladý výzkumník Institutu polovodičů (ISS), a Feifan Wang, postdoktorand z Pekingské univerzity (Peking University), jsou spolu prvními autory článku, a Wanhua Zheng, akademik ISS, a Chao Peng, profesor Pekingské univerzity, jsou spoluodpovídajícími autory.
Tato práce byla podporována Národním klíčovým výzkumným a vývojovým programem Číny a Národní nadací přírodních věd Číny.
Obr. 1 PCSEL kvantování spojitých energetických pásem do diskrétních režimů
Obr. 2 Skenování vysokorychlostním paprskem
