Licht helpt autonome voertuigen beter te scannen op nabijgelegen snel bewegende objecten

Een zelfrijdende auto heeft moeite om het verschil te herkennen tussen een peuter en een bruine tas die plotseling verschijnt vanwege beperkingen in de manier waarop hij objecten detecteert met behulp van Light Detection and Ranging (LiDAR). De sector van autonome voertuigen onderzoekt LiDAR met frequentiegemoduleerde continue golf (FMCW) om dit probleem op te lossen.

Onderzoekers hebben een manier ontwikkeld waarop dit type LiDAR detectie van nabije snel bewegende objecten met een hogere resolutie kan bereiken door mechanische controle en modulatie van licht op een siliciumchip. FMCW LiDAR detecteert objecten door laserlicht vanaf de bovenkant van een autonoom voertuig te scannen. Een enkele laserstraal splitst zich in een kam van andere golflengten, een microkam genaamd, om een ​​gebied te scannen. Licht weerkaatst van een object en gaat naar de detector via een optische isolator of circulator, die ervoor zorgt dat al het gereflecteerde licht bij de detectorarray terechtkomt. De nieuwe methode maakt gebruik van akoestische golven om snellere afstemming van deze componenten mogelijk te maken, wat kan leiden tot FMCW LiDAR-detectie met hogere resolutie van nabije objecten.

De technologie integreert micro-elektromechanische systemen (MEMS) transducers gemaakt van aluminiumnitride om de microkam te moduleren bij hoge frequenties variërend van megahertz tot gigahertz. Een reeks gefaseerde MEMS-transducers, ook gebruikt in mobiele telefoons om cellulaire banden te onderscheiden, roert licht op gigahertz-frequenties door een kurkentrekkerachtige spanningsgolf in een siliciumchip te lanceren. De roerende beweging moduleert het licht zodanig dat het maar in één richting kan reizen.

Andere transducers in dezelfde technologie wekken een akoestische golf op die de chip schudt met megahertz-frequenties, wat sub-microseconde controle en afstemming van de laserpulsmicrokam of soliton demonstreert. Deze lichtmodulatietechniek integreert niet alleen mechanica met optica, maar ook de betrokken fabricageprocessen, waardoor de technologie commercieel levensvatbaarder wordt. De MEMS-transducers worden eenvoudig met minimale bewerking bovenop de siliciumnitride-fotonicawafer gefabriceerd.

De nieuwe technologie zou de aanzet kunnen geven voor microkamtoepassingen in energiekritische systemen zoals in de ruimte, datacenters en draagbare atoomklokken of in extreme omgevingen zoals die met cryogene temperaturen.