Licht hilft autonomen Fahrzeugen, besser nach sich schnell bewegenden Objekten in der Nähe zu suchen

Ein selbstfahrendes Auto hat Schwierigkeiten, den Unterschied zwischen einem Kleinkind und einer braunen Tasche zu erkennen, die plötzlich auftaucht, da es Einschränkungen bei der Erkennung von Objekten mit Light Detection and Ranging (LiDAR) hat. Die Industrie für autonome Fahrzeuge erforscht LiDAR mit frequenzmodulierter kontinuierlicher Welle (FMCW), um dieses Problem zu lösen.

Forscher haben eine Möglichkeit entwickelt, mit der diese Art von LiDAR durch mechanische Steuerung und Lichtmodulation auf einem Siliziumchip eine hochauflösende Erkennung von sich schnell bewegenden Objekten in der Nähe erreichen kann. FMCW LiDAR erkennt Objekte, indem es Laserlicht von der Oberseite eines autonomen Fahrzeugs scannt. Ein einzelner Laserstrahl teilt sich in einen Kamm anderer Wellenlängen auf, der als Mikrokamm bezeichnet wird, um einen Bereich zu scannen. Licht prallt von einem Objekt ab und gelangt durch einen optischen Isolator oder Zirkulator zum Detektor, der sicherstellt, dass das gesamte reflektierte Licht am Detektorarray landet. Das neue Verfahren nutzt akustische Wellen, um eine schnellere Abstimmung dieser Komponenten zu ermöglichen, was eine hochauflösendere FMCW-LiDAR-Erkennung von Objekten in der Nähe ermöglichen könnte.

Die Technologie integriert Wandler aus mikroelektromechanischen Systemen (MEMS) aus Aluminiumnitrid, um den Mikrokamm bei hohen Frequenzen im Bereich von Megahertz bis Gigahertz zu modulieren. Ein Array von phasengesteuerten MEMS-Wandlern, die auch in Mobiltelefonen zur Unterscheidung von Mobilfunkbändern verwendet werden, rührt Licht bei Gigahertz-Frequenzen an, indem sie eine korkenzieherartige Spannungswelle in einen Siliziumchip einspeisen. Die Rührbewegung moduliert das Licht so, dass es nur in eine Richtung wandern kann.

Andere Wandler mit der gleichen Technologie regen eine akustische Welle an, die den Chip mit Megahertz-Frequenzen erschüttert und die Sub-Mikrosekunden-Steuerung und -Abstimmung des Laserpuls-Mikrokamms oder Solitons demonstriert. Diese Lichtmodulationstechnik integriert nicht nur Mechanik mit Optik, sondern auch die beteiligten Herstellungsprozesse, wodurch die Technologie kommerziell rentabler wird. Die MEMS-Wandler werden einfach mit minimaler Bearbeitung auf dem Siliziumnitrid-Photonik-Wafer hergestellt.

Die neue Technologie könnte den Anstoß für Mikrokamm-Anwendungen in leistungskritischen Systemen wie im Weltraum, Rechenzentren und tragbaren Atomuhren oder in extremen Umgebungen wie solchen mit kryogenen Temperaturen geben.