Agosto 15, 2022

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La tecnologia può trarre vantaggio dalle applicazioni lidar dalla guida autonoma alla realtà virtuale – ScienceDaily

I ricercatori hanno sviluppato una nuova tecnologia di guida del raggio basata su chip che offre un percorso promettente per sistemi lidar (o rilevamento della luce e portata) compatti, economici e ad alte prestazioni. Lidar, che utilizza impulsi laser per ottenere informazioni 3D su una scena o un oggetto, viene utilizzato in un’ampia gamma di applicazioni come guida autonoma, comunicazioni ottiche nello spazio libero, imaging 3D, rilevamento biomedico e realtà virtuale.

“La guida del raggio ottico è una tecnologia fondamentale per i sistemi lidar, ma i sistemi di guida del raggio meccanici convenzionali sono ingombranti, costosi, sensibili alle vibrazioni e con velocità limitata”, ha affermato il ricercatore capo Hau Hu dell’Università tecnica della Danimarca. “Sebbene i dispositivi noti come array di fase ottiche (OPA) basati su chip possano dirigere la luce in modo rapido e preciso in modo non meccanico, finora questi dispositivi hanno una scarsa qualità del raggio e un campo visivo inferiore a 100 gradi”.

in otticaL’Optica Publishing Group, una rivista di ricerca ad alto impatto, Hu e il coautore Yong Liu descrivono un nuovo OPA basato su chip che risolve molti dei problemi che hanno afflitto l’OPA. Dimostrano che il dispositivo può eliminare uno strumento ottico chiave noto come aliasing e ottenere l’instradamento del raggio su un ampio campo visivo pur mantenendo un’elevata qualità del raggio, una combinazione che potrebbe migliorare notevolmente i sistemi lidar.

“Riteniamo che i nostri risultati siano pionieri nel campo della guida ottica del raggio”, ha affermato Hu. “Questo sviluppo pone le basi per un lidar compatto e a basso costo basato su OPA, che consentirà al lidar di essere ampiamente utilizzato per una varietà di applicazioni come i sistemi avanzati di assistenza alla guida di alto livello che possono aiutare nella guida e nel parcheggio e aumentare la sicurezza. “

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Nuovo design OPA

L’OPA dirige il raggio controllando elettronicamente il profilo di fase della luce per formare schemi luminosi specifici. La maggior parte degli OPA utilizza una serie di guide d’onda per emettere molti fasci di luce e quindi l’interferenza viene applicata in un campo lontano (lontano dall’emettitore) per formare il modello. Tuttavia, il fatto che questi emettitori di guida d’onda siano generalmente molto distanti e generino più fasci di campo lontano crea un artefatto ottico noto come aliasing. Per evitare errori di aliasing e ottenere un campo visivo di 180°, gli emettitori devono essere vicini l’uno all’altro, ma ciò provoca una forte interferenza tra emettitori adiacenti e riduce la qualità del raggio. Pertanto, fino ad ora, c’è stato un compromesso tra il campo visivo dell’OPA e la qualità del raggio.

Per superare questo compromesso, i ricercatori hanno progettato un nuovo tipo di OPA che sostituisce più emettitori di OPA convenzionale con una griglia a lastre per creare un singolo emettitore. Questa impostazione elimina l’errore di alias perché i canali adiacenti nel reticolo della scheda possono essere troppo vicini tra loro. L’accoppiamento a canale adiacente non è dannoso in un reticolo a piastre in quanto consente interferenze e formazione del raggio nel campo vicino (vicino al singolo emettitore). La luce può quindi essere emessa nel campo lontano con l’angolazione desiderata. I ricercatori hanno anche applicato ulteriori tecniche ottiche per ridurre il rumore di fondo e altri effetti visivi come i lobi laterali.

Alta qualità e ampio campo visivo

Per testare il loro nuovo dispositivo, i ricercatori hanno costruito uno speciale sistema di imaging per misurare la potenza ottica media del campo lontano lungo l’orizzontale su un campo visivo di 180 gradi. Hanno dimostrato una sterzata radiale senza aliasing in questa direzione, inclusa la sterzata oltre ±70°, sebbene sia stata osservata una certa degradazione del raggio.

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Quindi hanno caratterizzato l’orientamento del raggio in direzione verticale regolando la lunghezza d’onda da 1480 nm a 1580 nm, ottenendo un intervallo di sintonia di 13,5 gradi. Infine, hanno dimostrato la versatilità dell’OPA utilizzandolo per generare immagini 2D delle lettere “D”, “T” e “U” centrate ad angoli di -60°, 0° e 60°, sintonizzando sia la lunghezza d’onda che i trasformatori di fase. Gli esperimenti sono stati condotti con una larghezza del raggio di 2,1 gradi e i ricercatori stanno ora lavorando per ridurla per ottenere una guida del raggio con una maggiore precisione e una portata maggiore.

“Il nuovo OPA basato su chip mostra prestazioni senza precedenti e supera i problemi di vecchia data dell’OPA ottenendo una guida del raggio simultanea senza aliasing 2D sull’intero campo visivo di 180 gradi e una qualità del raggio abbagliante con un livello del lobo laterale basso”, ha detto Hu.

Questo lavoro è stato finanziato da VILLUM FONDEN e Innovationsfonden Danimarca.

Fonte della storia:

Materiali Introduzione di ottica. Nota: il contenuto può essere modificato in base allo stile e alla lunghezza.