美國(guó)演示世界上最復(fù)雜二維激光相控陣技術(shù)
許多人已熟悉了雷達(dá)的概念，最近幾十年來，雷達(dá)技術(shù)已因電子掃描陣列(相掃)的出現(xiàn)而發(fā)生革命――該技術(shù)無需機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)就能朝著特定方向發(fā)射射頻波束。每個(gè)輻射單元所發(fā)射波束的幅、相均可變化，以通過與其他輻射單元所發(fā)射波束的疊加或抵消來形成指向特定方向的波束。激光相控陣?yán)走_(dá)的原理與此類似，但它發(fā)射的是激光光束而不是射頻波束。激光雷達(dá)可提供更精細(xì)的信息，能用于快速三維測(cè)繪等領(lǐng)域。但是，大多數(shù)現(xiàn)用的激光雷達(dá)光束方向控制方法都是基于簡(jiǎn)單的機(jī)械旋轉(zhuǎn)，過于笨重、緩慢和不精確，難以發(fā)揮出激光雷達(dá)的全部潛力。
就像當(dāng)前這期《自然》雜志所報(bào)道的那樣，DARPA的研究人員們最近驗(yàn)證了有史以來最復(fù)雜的二維光學(xué)相控陣。該陣列的尺寸只有576微米x576微米，大約和針頭相當(dāng);但是，它卻包含了4096個(gè)(64x64)集成到一塊硅芯片上的納米天線。實(shí)現(xiàn)這一突破的關(guān)鍵是：發(fā)展一種可以擴(kuò)展以容納大量納米天線的設(shè)計(jì);新的微尺寸加工工藝;將電子和光學(xué)部件集成到一塊單獨(dú)的芯片。
DARPA“多樣兼容混雜集成”(DAHI)項(xiàng)目經(jīng)理桑杰 拉曼(Sanjay Raman)表示：“將一個(gè)光學(xué)相控陣的所有部件集成到一個(gè)二維微芯片上，可能會(huì)為感知和成像領(lǐng)域帶來新的能力……通過為一個(gè)芯片尺寸的波形因數(shù)帶來這樣的功能，該陣列將能產(chǎn)生高分辨率的波束方向圖――這是研究人員們長(zhǎng)期以來試圖通過光學(xué)相控陣創(chuàng)造的一種能力。對(duì)于許多系統(tǒng)來說，該芯片確實(shí)是一種賦能技術(shù)，并可能在某一天支持激光雷達(dá)產(chǎn)生革命性進(jìn)步，就像相控陣?yán)走_(dá)為雷達(dá)領(lǐng)域帶來的革命一樣。除了激光雷達(dá)之外，該芯片還可能用于生物醫(yī)學(xué)成像、三維全息顯示器和超高數(shù)據(jù)率通信”。
開發(fā)和演示二維激光相控陣技術(shù)的工作得到了DARPA的“短距、寬視場(chǎng)、極度敏捷、電子掃描光學(xué)發(fā)射機(jī)”(Short-Range, Wide Field-of-View Extremely agile, Electronically Steered Photonic Emitter，SWEEPER)項(xiàng)目和“電子-光子混雜集成”(Electronic-Photonic Heterogeneous Integration，E-PHI)項(xiàng)目的支持，其中后一項(xiàng)目是DAHI項(xiàng)目的一部分。未來的工作包括利用正在發(fā)展之中的各項(xiàng)E-PHI技術(shù)，將非硅激光器單元與其他光學(xué)器件、硅基控制與處理電子設(shè)備等直接集成到芯片上。
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