Les chercheurs ont mis au point une nouvelle technologie d'orientation de faisceau basée sur une puce qui offre une voie prometteuse vers de petits systèmes lidar (ou détection et télémétrie de la lumière) rentables et performants. Le lidar, qui utilise des impulsions laser pour acquérir des informations 3D sur une scène ou un objet, est utilisé dans un large éventail d'applications telles que la conduite autonome, les communications optiques en espace libre, l'holographie 3D, la détection biomédicale et la réalité virtuelle.

"La direction de faisceau optique est une technologie clé pour les systèmes lidar, mais les systèmes de direction de faisceau conventionnels à base mécanique sont encombrants, coûteux, sensibles aux vibrations et limités en vitesse", a déclaré le chef de l'équipe de recherche Hao Hu de l'Université technique du Danemark. "Bien que les dispositifs connus sous le nom de réseaux optiques phasés (OPA) basés sur puce puissent orienter rapidement et précisément la lumière de manière non mécanique, jusqu'à présent, ces dispositifs avaient une qualité de faisceau médiocre et un champ de vision généralement inférieur à 100 degrés."

Dans Optica , Hu et le co-auteur Yong Liu décrivent leur nouvel AOP basé sur une puce qui résout bon nombre des problèmes qui ont tourmenté les AOP. Ils montrent que l'appareil peut éliminer un artefact optique clé connu sous le nom d'aliasing, en réalisant une direction de faisceau sur un large champ de vision tout en maintenant une qualité de faisceau élevée, une combinaison qui pourrait grandement améliorer les systèmes lidar.

"Nous pensons que nos résultats sont révolutionnaires dans le domaine de la direction de faisceau optique", a déclaré Hu. "Ce développement jette les bases d'un lidar basé sur OPA qui est peu coûteux et compact, ce qui permettrait au lidar d'être largement utilisé pour une variété d'applications telles que des systèmes avancés d'assistance à la conduite de haut niveau qui peuvent aider à la conduite et au stationnement et augmenter sécurité."

Un nouveau design OPA

Les OPA effectuent la direction du faisceau en contrôlant électroniquement le profil de phase de la lumière pour former des motifs lumineux spécifiques. La plupart des AOP utilisent un réseau de guides d'ondes pour émettre de nombreux faisceaux de lumière, puis des interférences sont appliquées en champ lointain (loin de l'émetteur) pour former le motif. Cependant, le fait que ces émetteurs de guides d'ondes soient généralement très espacés les uns des autres et génèrent plusieurs faisceaux dans le champ lointain crée un artefact optique connu sous le nom de crénelage. Pour éviter l'erreur de repliement et obtenir un champ de vision de 180 degrés, les émetteurs doivent être proches les uns des autres, mais cela provoque une forte diaphonie entre les émetteurs adjacents et dégrade la qualité du faisceau. Ainsi, jusqu'à présent, il y avait un compromis entre le champ de vision OPA et la qualité du faisceau.

Pour surmonter ce compromis, les chercheurs ont conçu un nouveau type d'OPA qui remplace les multiples émetteurs des OPA traditionnels par un réseau de dalles pour créer un seul émetteur. Cette configuration élimine l'erreur de repliement car les canaux adjacents dans le réseau de dalles peuvent être très proches les uns des autres. Le couplage entre les canaux adjacents n'est pas préjudiciable dans le réseau à dalle car il permet l'interférence et la formation de faisceaux dans le champ proche (proche de l'émetteur unique). La lumière peut alors être émise vers le champ lointain avec l'angle souhaité. Les chercheurs ont également appliqué des techniques optiques supplémentaires pour réduire le bruit de fond et réduire d'autres artefacts optiques tels que les lobes secondaires.

Haute qualité et champ de vision large

Pour tester leur nouvel appareil, les chercheurs ont construit un système d'imagerie spécial pour mesurer la puissance optique moyenne en champ lointain dans la direction horizontale sur un champ de vision de 180 degrés. Ils ont démontré une direction de faisceau sans repliement dans cette direction, y compris une direction au-delà de ± 70 degrés, bien qu'une certaine dégradation du faisceau ait été observée.

Ils ont ensuite caractérisé l'orientation du faisceau dans la direction verticale en réglant la longueur d'onde de 1480 nm à 1580 nm, atteignant une plage de réglage de 13,5 degrés. Enfin, ils ont montré la polyvalence de l'OPA en l'utilisant pour former des images 2D des lettres "D", "T" et "U" centrées aux angles de -60 degrés, 0 degrés et 60 degrés en ajustant à la fois la longueur d'onde et les déphaseurs. Les expériences ont été réalisées avec une largeur de faisceau de 2,1 degrés, que les chercheurs s'efforcent actuellement de réduire pour obtenir une orientation du faisceau avec une résolution plus élevée et une portée plus longue.

"Notre nouvel OPA basé sur puce affiche des performances sans précédent et surmonte les problèmes de longue date des OPA en réalisant simultanément une direction de faisceau 2D sans crénelage sur l'ensemble du champ de vision à 180 degrés et une qualité de faisceau élevée avec un faible niveau de lobe latéral", a déclaré Hu. + Explorer plus loin

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