研究人員開發了一種基于芯片的光束轉向技術，為小型化、低成本和高性能的激光雷達系統開辟了一條新途徑。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。它被用于廣泛的應用，如自動駕駛、三維全息、生物醫學傳感、自由空間光通信和虛擬現實。
丹麥技術大學研究小組負責人Hao Hu說：“光束轉向是激光雷達系統的一項關鍵技術，但傳統的基于機械的光束轉向系統笨重、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，這些設備的光束質量很差，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鍵光學偽影，并在保持高光束質量的同時實現大視場的光束轉向。這種組合可以大大改善激光雷達系統。
Hao Hu說：“我們的研究成果在光束轉向領域是開創性的，這一發展為基于OPA的激光雷達奠定了基礎，這種激光雷達成本低，結構緊湊，這將使激光雷達廣泛用于各種應用，如高水平的高級駕駛輔助系統，可以協助駕駛和停車，提高安全性。”
全新OPA設計
OPA通過電子控制光的相位輪廓來執行光束轉向，以形成特定的光模式。大多數OPA使用一個波導陣列來發射許多光束，然后在遠場（遠離發射器的地方）施加干擾以形成圖案。然而，這些波導發射器通常彼此間隔很遠，并在遠場產生多個光束，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180°視場，發射器需要靠得很近，但這在相鄰的發射器之間引起強烈的串擾，并降低了光束質量。因此，到目前為止，OPA的視場和光束質量之間一直存在著權衡。
為了克服這種權衡，科學家們設計了一種新型的OPA，用一個板狀光柵取代了傳統OPA的多個發射器，以創建一個單一發射器。這種設置消除了混疊誤差，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（靠近單發射器）中實現干擾和光束的形成。然后，光可以以理想的角度發射到遠場。為了降低背景噪聲和減少其他光學偽影，如側葉，研究人員還應用了其他光學技術。
品質高、視野廣
為了測試他們的新設備，研究人員建立了一個特殊的成像系統來測量180°視場內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向，包括超過±70°的轉向，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納米調整到1580納米，實現了13.5°的調整范圍，在垂直方向上對光束轉向進行了表征。最后，他們展示了OPA的多功能性，通過調整波長和移相器，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，研究人員現在正努力減小光束寬度，以實現具有更高分辨率和更遠距離的光束轉向。
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