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研发新型激光扫描设备 或可制成指尖大小的激光雷达系统

  • 2021-02-22 20:29:53

扫描激光器是日常生活中不可缺少的东西,如超市中的条形码扫描器以及智能手机上的摄像头,此种设备依赖激光器和探测器实现极其精确的精度。利用激光雷达测量距离、识别目标也变得越来越普遍,其反射的激光束可以探测周围的环境,为自动驾驶汽车、农用机器和工厂机器人提供关键数据。

目前的技术会从移动的镜子中反射激光束,此种机械法会导致扫描速度慢且出现误差,而且还需要尺寸较大且较复杂的设备以容纳激光器和镜子。

不过,据外媒报道,京都大学(Kyoto University)工程系研究生学院的一个研究小组设计了一种利用“光子晶体”的新型光束扫描设备,根本无需移动部件。

研究人员发现,改变晶格点的形状和位置可以让激光束向独特的方向发射,因而不用将晶体的晶格点排列成有序的阵列。

光子晶体激光器是一种“半导体激光器”,其晶格点可以看作纳米大小的天线,通过排列可以让激光束从表面垂直发射。不过,最开始,该激光束只能在一个二维平面上朝一个方向发射,该团队希望其能够覆盖更多的区域。

循环排列此类天线的位置虽然可以成功改变发射方向,但是会导致输出的功率减少、形状发生改变,因而该解决方案不可行。

研究人员表示:“通过调整天线的位置,相邻天线发出的光会互相抵消,因此我们尝试改变天线的尺寸。最终,我们发现调整位置和大小可以产生看似随机的光子晶体,产生没有能量损耗的精确光束,我们称之为“双调制光子晶体”。”

通过将此类晶体安排到一个矩阵中,其中每个晶体都能向独特的方向发射光束,该团队打造了一个紧凑、可切换的二维激光束扫描器,而且无需任何机械部件。

现在,科学家们已经成功打造了一台扫描仪,能够产生面向100个不同方向的光束,且分辨率达10×10。该扫描仪与分散的激光束相结合制成了一种新型激光雷达,扩大了探测范围。该团队估计,经过进一步改进,该扫描仪的分辨率可提高900倍,达到300×300。研究人员表示:“我们现在认为,最终可以研发出一种指尖大小的激光雷达系统。”

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