Light Detection And Ranging (LiDAR) ist die Hauptlösung für hochpräzise und schnelle optische Erkennung und Sensorik. Im LiDAR-System ist die Laserlichtquelle, die den Raum effektiv abtastet, der Kern zur Realisierung der Radarerkennungs- und Sensorfunktion. Die technischen Lösungen zur Realisierung der Strahlabtastung werden in passive und aktive Strahlabtastung unterteilt. Passive Strahlabtastung umfasst halbfestkörperige mikroelektromechanische Systeme (MEMS) LIDAR, die räumliche Strahlabtastung durch mechanische Rotation realisieren, und vollfestkörperige optische Phased Arrays (OPA), die räumliche Strahlabtastung durch Änderung des Wellenleiters realisieren. (OPA), das den Strahl ablenkt und eine mechanische freie Abtastung erreicht, indem die Geometrie oder die Brechungsindexverteilung des Wellenleiters geändert wird. Im Gegensatz zu bestehenden passiven Abtastsystemen wie MEMS und OPA verwendet aktive Strahlabtastung (ABS) eine aktiv emittierende Lichtquelle zur Abtastung, was die Energieumwandlungseffizienz des Systems effektiv verbessern, die Ausgangsleistung erhöhen und die Komplexität des Weltraumsystems reduzieren kann.
Kürzlich hat ein Team um den Akademiker Zheng Wanhua vom Institut für Halbleiter der Chinesischen Akademie der Wissenschaften zusammen mit einem Team um Peng Chaojieqing von der Peking-Universität eine elektrisch injizierte aktive räumliche Laserstrahlabtastung auf der Basis eines photonischen Kristalloberflächenemissionslasers (PCSEL) realisiert. Die Struktur verwendet einen AlGaInAs-Quantentopf als Verstärkungsmedium und verwendet einen photonischen Kristall begrenzter Größe, um die kontinuierlichen Energiebänder in diskrete Modi zu quantisieren, wodurch Mehrordnungsmodi erhalten werden, die der Anregung verschiedener Dispersionswinkel im Fernfeld entsprechen. In Kombination mit Trägermodulation werden verschiedene Ordnungsmodi unter verschiedenen Injektionsströmen angeregt, wodurch eine aktive Strahlabtastung realisiert wird. Der elektrisch injizierte PCSEL bietet Komponentenunterstützung für ein 2D-aktives Laser-Raumabtastradar.
Die Stromquelle wird verwendet, um den Laser mit hoher Geschwindigkeit anzutreiben und so eine Strahlabtastung mit bis zu 1 MHz zu erreichen, was eine um ein bis zwei Größenordnungen höhere Abtastrate im Vergleich zum herkömmlichen MEMS-Schema bedeutet. Der Laser kann die gleichzeitige Abtastung und Flexibilität erhöhen und den Stromverbrauch senken. Einerseits ist der Laser eine der vielversprechendsten Technologieansätze für LIDAR, Laserbildgebung und Laserabtastung und bietet einen neuen Steuerungsmechanismus für aktives Phased-Array-Radar; andererseits bieten seine Oberflächenemissionseigenschaften einzigartige Vorteile in den Bereichen Sensorerkennung, photonische Integration und großflächige Arrays.
Die Ergebnisse mit dem Titel „Aktive Strahllenkung ermöglicht durch photonischen Kristalloberflächenemissionslaser“ wurden am 11. Juli in American Chemical Society Nano (ACS Nano) veröffentlicht. -Nano (DOI: 10.1021/acsnano.3c09793). Mingjin Wang, ein junger Forscher am Institute of Semiconductors (ISS), und Feifan Wang, ein Postdoktorand der Peking University (Peking University), sind die Co-Erstautoren des Papiers, und Wanhua Zheng, ein Akademiker des ISS, und Chao Peng, ein Professor der Peking University, sind die Co-Korrespondenzautoren.
Diese Arbeit wurde vom National Key Research and Development Program of China und der National Natural Science Foundation of China unterstützt.
Abb. 1 PCSEL-Quantisierung kontinuierlicher Energiebänder in diskrete Modi
Abb. 2 Hochgeschwindigkeits-Strahlabtastung
