加州大学伯克利分校开发出高速可编程大阵列的二维光学相控阵芯片

  • 时间:
  • 浏览:0
  • 来源:10分赛车平台-10分赛车网投平台_10分赛车投注平台

8月200日消息,来自美国加州大学伯克利分校(以下简称:伯克利)MEMS专家团队的研究成果首次实现了高速可编程、大阵列的二维光学相控阵(2-D Optical Phased Array, OPA)芯片。与传统的硅光、液晶等OPA技术相比,该芯片创新性地将新型光栅型态与硅基MEMS技术相结合,具有更经济、更高速、更高可靠性等优点。此外,该MEMS OPA的光学调制在自由空间完成,可实现无插损的光学耦合。尤其时要指出的是,其光栅型态可同去应用于从可见光到近红外的宽带光谱,不受硅光片上集成的波长限制,从而可直接应用于新一代医疗成像设备、光通信和全息电视等广泛领域,并为自动驾驶汽车提供更强大的激光雷达(LiDAR)传感器。

伯克利电子工程与计算机科学教授Ming Wu及其科研团队王佑民博士(手持二维光学相控阵)

相关论文已发表于Optica期刊,全版了解请参阅:https://doi.org/10.1364/OPTICA.6.000557。

光学相控阵的概念怎么让提出了数十年,目前用于医疗成像和光通信等领域。伯克利研究人员的思路是构建五种光发射器阵列,并通过改变它们的相位,怎么让改变它们产生的光波的排列,从而获得五种这样物理运动,但还并能向任何方向发射激光束的光源。你许多灵活的光束偏转在LiDAR技术中非常有用。LiDAR正是通过向各个方向发射激光束,并测量它们返回所时要的时间来选择附过物体的距离。

如今,使用最广泛的LiDAR是安放到自动驾驶车辆顶部的机械旋转式LiDAR传感器,类式由Velodyne推出的最广为人知的“全家桶”HDL-64E。你许多LiDAR生产成本高且可靠性堪忧,怎么让尚不清楚你许多机械旋转机构还并能承受多年的车辆日常使用。这时候 我为哪几个许多产业专家认为光学相控阵作为五种固态LiDAR技术,更具前景!

“目前,光学相控阵应用于LiDAR的最大挑战,是其逐点扫描相对较慢的光束偏转速率单位,以及其有限的整体孔径,这决定了系统的光学分辨率。”前伯克利博士后研究员、该论文第一作者王佑民博士表示。

王佑民博士指出,在传统的光学相控阵设计中,调制光束速率单位的空间光调制器大多由非常小的运动部件组成,怎么让哪几个器件仅在许多波长下工作,怎么让受限于可扫描的范围。这限制了它们的速率单位和可靠性,怎么让它们的信号会受到附过环境的影响,尤其是温度急剧变化的环境。

为了克服哪几个限制,王佑民博士及其研究团队开发了五种利用MEMS执行器横向移动光栅元件的硅基芯片,该光栅元件可在各个方向上衍射光线。你许多移相运动为输出激光束增加了延迟,创建了五种全息图案,将光引导到预定义的图案中。你许多工作机制基本上类式空间光调制器,使研究人员并能显著降低旁瓣速率单位,从而提高该技术的光学速率单位单位。

伯克利研究人员开发的硅基MEMS可编程二维光学相控阵

伯克利研究人员利用构建所有微正确处理器基本单元的心智心智成熟是什么是什么图片 图片 是什么是什么 CMOS技术使该芯片具有可编程的功能。这导致 用户还并能在芯片上预编程不同的全息图案。通过在MEMS执行器顶部堆叠1200 x 1200阵列的微调多晶硅移相器,研究人员并能减少光束发散并增加可分辨点的数量。这使得该芯片还并能实现大视场角,构建其附过环境的高分辨率3D全息图。此外,通过使用现有的制造工艺,该芯片的制造成本相比由液晶制成的光学相控阵更低。

(a)MEMS光学相控阵的顶部光栅层;(b)底部横向梳状驱动型态的MEMS执行器;(c)顶部光栅层移相元件和MEMS执行器集成;(d)MEMS可编程二维光学相控阵芯片

伯克利研究人员在原型演示中实现了55 KHz的谐振频率,对应于5.7 us的响应时间(光学相控阵将这样 全息图案变为这样 全息图案所时要的时间),该响应速率单位几乎是传统基于液晶的光学相控阵的2000倍。通过利用封放到3.1mm x 3.2mm芯片上的252000像素大阵列,这款MEMS二维光学相控阵并能捕捉附过环境的高分辨率图像。

(a)25美分硬币上的MEMS二维光学相控阵芯片;(b)展示光学孔径的共聚焦光学显微照片;(c)MEMS二维光学相控阵芯片的扫描电子显微镜(SEM)图像;(d)单个MEMS光栅元件;(e)光栅下方的梳状驱动执行器,光栅连接在可动梳齿梁(浅绿色)上;(f)氢氟酸(HF)释放前的光学相控阵元件的横截面SEM图

“并能对哪几个芯片进行编程,使当我们当我们还并能超越光学相控阵的传统扫描应用,当我们当我们还并能通过编程使哪几个阵列更像人眼。利用该芯片制作的激光雷达并能像人眼一样生成并感知任意图案,并还并能跟踪单个对象而不仅仅是旋转扫描。”伯克利电子工程与计算机科学教授、该论文通讯作者Ming Wu教授表示。

文章来源:麦姆斯咨询

进入“电子”首页,浏览更多精彩内容 >>