Light Detection And Ranging (LiDAR) er hovedløsningen til at levere højpræcision og højhastigheds optisk detektion og sensing. I LiDAR-systemet er laserlyskilden, der scanner rummet effektivt, kernen til at realisere radardetektions- og sensingsfunktionen. De tekniske løsninger til at realisere strålescanning er opdelt i passiv strålescanning og aktiv strålescanning. Passiv strålescanning inkluderer semi-solid-state Micro-Electro-Mechanical System (MEMS) LIDAR, som realiserer rumlig strålescanning gennem mekanisk rotation, og all-solid-state Optical Phased Array (OPA), som realiserer rumlig strålescanning ved at ændre bølgeleder. (OPA), som afbøjer strålen og opnår mekanisk-fri scanning ved at ændre geometrien eller brydningsindeksfordelingen af bølgelederen. I modsætning til eksisterende passive scanningsordninger såsom MEMS og OPA bruger aktiv strålescanning (ABS) en aktivt udsendt lyskilde til scanning, som effektivt kan forbedre systemets energikonverteringseffektivitet, øge udgangseffekten og reducere kompleksiteten af rumsystemet .
For nylig realiserede et team af akademiker Zheng Wanhua fra Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, sammen med et team fra Peking Universitys Peng Chaojieqing, elektrisk injiceret aktiv laser-rumlig strålescanning baseret på en Photonic Crystal Surface Emitting Laser (PCSEL). Strukturen tager AlGaInAs kvante godt som forstærkningsmediet og bruger en finit størrelse fotonisk krystal til at kvantisere de kontinuerlige energibånd til diskrete tilstande, hvilket opnår multi-ordens tilstande svarende til excitationen af forskellige dispersionsvinkler i fjernfeltet; kombineret med bærebølgemodulation exciteres forskellige ordenstilstande under forskellige injektionsstrømme, hvilket realiserer aktiv strålescanning. Den elektrisk indsprøjtede PCSEL giver komponentunderstøttelse til 2D aktiv laserrumsscanningsradar.
Strømkilden bruges til at drive laseren ved høj hastighed for at realisere strålescanning med op til 1 MHz hastighed, hvilket er en til to størrelsesordener forbedringer i scanningshastighed sammenlignet med den traditionelle MEMS-ordning. Laseren er i stand til at øge den samtidige skala af sansning, fleksibilitet og reducere strømforbruget. På den ene side er laseren en af de mest lovende teknologiruter til LIDAR, laserbilleddannelse og lasersensing, og den giver en ny kontrolmekanisme til aktiv phased array radar; på den anden side har dens overfladeemissionskarakteristika unikke fordele inden for sansedetektion, fotonisk integration og storskala arrays.
Resultaterne, med titlen "Active Beam Steering Enabled by Photonic-Crystal Surface Emitting Laser", blev offentliggjort den 11. juli i American Chemical Society Nano (ACS Nano). -Nano (DOI: 10.1021/acsnano.3c09793). Mingjin Wang, en ung forsker fra Institute of Semiconductors (ISS), og Feifan Wang, en postdoktor ved Peking University (Peking University), er de første forfattere af papiret, og Wanhua Zheng, en akademiker fra ISS, og Chao Peng, professor ved Peking University, er de med-korresponderende forfattere.
Dette arbejde blev støttet af Kinas nationale nøgleforsknings- og udviklingsprogram og Kinas National Natural Science Foundation.
Fig. 1 PCSEL kvantisering af kontinuerlige energibånd til diskrete tilstande
Fig. 2 Højhastighedsstrålescanning
