Verbesserte LiDAR-Technologie verbessert autonomes Fahrzeug-Erkennen schnell bewegter Objekte

Ein selbstfahrendes Auto hat Schwierigkeiten, den Unterschied zwischen einem Kleinkind und einer braunen Tüte zu erkennen, die plötzlich auftaucht, wegen Limitationen in der Art, wie es Objekte mittels Light Detection and Ranging (LiDAR) wahrnimmt. Die autonome Fahrzeugindustrie erforscht Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW) LiDAR, um dieses Problem zu lösen.

Forscher haben einen Weg gebaut, wie diese Art von LiDAR höherauflösende Detektion naher, schnell bewegter Objekte durch mechanische Kontrolle und Modulation von Licht auf einem Siliziumchip erreichen könnte. FMCW LiDAR detektiert Objekte, indem es Laserlicht vom Dach eines autonomen Fahrzeugs scannt. Ein einzelner Laserstrahl teilt sich in einen Kamm weiterer Wellenlängen auf, genannt Microcomb, um einen Bereich zu scannen. Licht prallt von einem Objekt ab und geht zum Detektor durch einen optischen Isolator oder Zirkulator, der sicherstellt, dass alles reflektierte Licht am Detektor-Array ankommt. Die neue Methode nutzt akustische Wellen, um schnelleres Tuning dieser Komponenten zu ermöglichen, was höherauflösende FMCW-LiDAR-Detektion naher Objekte bringen könnte.

Die Technologie integriert mikroelektromechanische Systeme (MEMS) Transducer aus Aluminiumnitrid, um den Microcomb bei hohen Frequenzen von Megahertz bis Gigahertz zu modulieren. Ein Array phasierter MEMS-Transducer, auch in Handys genutzt, um Mobilfunkbänder zu unterscheiden, rührt Licht bei Gigahertz-Frequenzen, indem es eine korkenzieherartige Spannungswelle in einen Siliziumchip startet. Die Rührbewegung moduliert Licht so, dass es nur in eine Richtung reisen kann.

Andere Transducer in derselben Technologie erregen eine akustische Welle, die den Chip bei Megahertz-Frequenzen schüttelt, was sub-mikrosekundige Kontrolle und Tuning des Laserpuls-Microcombs oder Solitons demonstriert. Diese Lichtmodulationstechnik integriert nicht nur Mechanik mit Optik, sondern auch die involvierten Fertigungsprozesse, was die Technologie kommerziell tragfähiger macht. Die MEMS-Transducer werden einfach auf dem Siliziumnitrid-Photonik-Wafer mit minimaler Verarbeitung gefertigt.

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