日本研發新型雷射掃描設備 或可製成指尖大小的雷射雷達系統

2020-12-14 騰訊網

蓋世汽車訊 掃描雷射器是日常生活中不可缺少的東西，如超市中的條形碼掃描器以及智慧型手機上的攝像頭，此種設備依賴雷射器和探測器實現極其精確的精度。利用雷射雷達測量距離、識別目標也變得越來越普遍，其反射的雷射束可以探測周圍的環境，為自動駕駛汽車、農用機器和工廠機器人提供關鍵數據。

看似隨機的光子晶體允許雷射束以不同的角度發射，從而使雷射雷達技術更加靈活和緊湊（圖片來源：京都大學）

目前的技術會從移動的鏡子中反射雷射束，此種機械法會導致掃描速度慢且出現誤差，而且還需要尺寸較大且較複雜的設備以容納雷射器和鏡子。

不過，據外媒報導，日本京都大學（Kyoto University）工程系研究生學院的一個研究小組設計了一種利用「光子晶體」的新型光束掃描設備，根本無需移動部件。

研究人員發現，改變晶格點的形狀和位置可以讓雷射束向獨特的方向發射，因而不用將晶體的晶格點排列成有序的陣列。

光子晶體雷射器是一種「半導體雷射器」，其晶格點可以看作納米大小的天線，通過排列可以讓雷射束從表面垂直發射。不過，最開始，該雷射束只能在一個二維平面上朝一個方向發射，該團隊希望其能夠覆蓋更多的區域。

循環排列此類天線的位置雖然可以成功改變發射方向，但是會導致輸出的功率減少、形狀發生改變，因而該解決方案不可行。

研究人員表示：「通過調整天線的位置，相鄰天線發出的光會互相抵消，因此我們嘗試改變天線的尺寸。最終，我們發現調整位置和大小可以產生看似隨機的光子晶體，產生沒有能量損耗的精確光束，我們稱之為「雙調製光子晶體」。」

通過將此類晶體安排到一個矩陣中，其中每個晶體都能向獨特的方向發射光束，該團隊打造了一個緊湊、可切換的二維雷射束掃描器，而且無需任何機械部件。

現在，科學家們已經成功打造了一臺掃描儀，能夠產生面向100個不同方向的光束，且解析度達10×10。該掃描儀與分散的雷射束相結合製成了一種新型雷射雷達，擴大了探測範圍。該團隊估計，經過進一步改進，該掃描儀的解析度可提高900倍，達到300×300。研究人員表示：「我們現在認為，最終可以研發出一種指尖大小的雷射雷達系統。」

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