Nopempi koherentti LiDAR

EPFL:n tutkijat osoittavat uuden tavan nopeuttaa tietyn tyyppistä LiDAR-moottoria fotonisia piirejä käyttämällä.

Valon havaitseminen ja mittaus (LiDAR) käsittää joukon tekniikoita, joissa käytetään laservaloa etäisyyksien mittaamiseen kertomalla lähetettyjen ja vastaanotettujen optisten signaalien välinen viive valon nopeudella.

Useimmat nykyaikaiset LiDAR-anturit luottavat kulkuajan toimintaperiaatteeseen, joissa hyödynnetään useita rinnakkaisia lasereita.

Toisenlainen toimintatapa eli taajuusmoduloidussa jatkuvan aallon (FMCW) LiDAR:lla olisi paremman etäisyysmittauksen lisäksi heijastuneen laservalon Doppler-siirtymän mittaus, Lisäksi tällainen koherentti havaitseminen sietäisi myös auringonvalon ja muiden lidar-järjestelmien aiheuttamia häiriöitä.

Menetelmässä laser on asetettu emittoimaan lineaarisia optisia taajuussirkutuksia (chirps) ja Heterodyne-tyyppinen sekoitus lähetetyn laservalon kopion kanssa kuvaa kohteen etäisyyden radiotaajuuteen.

Mutta kapealinjaisien taajuudeltaan ketterien laserien tarkka hallitseminen on toistaiseksi estänyt FMCW LiDAR -sovelluksen onnistuneen rinnakkaistamisen.

Nyt EPFL:n Tobias Kippenbergin laboratorion tutkijat ovat löytäneet uuden tavan toteuttaa rinnakkainen FMCW LiDAR -moottori käyttämällä EPFL:n tutkijoiden aiemmin kehittämää optista mikroresonaattoria, joka tuottaa dissipatiivisia Kerr-solitoneja.

Fotonisiruun tuotetun solitonisen mikrokammman hampaat ovat 100 GHz:n etäisyydellä toisistaan, mikä riittää erottamaan ne tavallisella diffraktio-optiikalla. Koska jokainen kamman hammas perii pumppulaserin lineaarisen sirkutuksen, mikroresonaattorissa oli mahdollista luoda jopa 30 riippumatonta FMCW LiDAR -kanavaa.

Jokainen kanava pystyy mittaamaan kohteen etäisyyttä ja nopeutta samanaikaisesti, kun taas eri kanavien spektrinen erottelu tekee laitteesta immuunin kanavien ylikuulumiselle ja se on myös luonnostaan sopiva integroida äskettäin käyttöön otettujen optisten vaiheistettujen ryhmien kanssa.

Emittoitujen säteiden paikallinen erottelu ja toiminta 1550 nm:n aallonpituusalueella helpottavat muuten tiukoista silmien ja kameroiden turvallisuusrajoituksia

"Tässä EPFL:ssä kehitetty tekniikka voisi parantaa koherentin FMCW LiDAR -sovelluksen hankintaprosenttia kymmenkertaiseksi lähitulevaisuudessa", kertoo Kippenbergin laboratorion jatko-opiskelija Anton Lukashchuk.

Tämä työ luo tietä koherentin eli johdonmukaisen LiDAR:n laajalle levittämiselle tulevaisuuden autonomisien ajoneuvojen sovelluksissa. Tutkijat keskittyvät nyt laserien, pienihäviöisten epälineaaristen mikroresonaattorien ja valodetektorien heterogeeniseksi integroinniksi yhdeksi ja kompaktiksi fotoniseksi paketiksi.

Aiheesta aiemmin: Valokiteiden valmistus ja hallinta