Light Detection And Ranging (LiDAR) là giải pháp chính cung cấp khả năng phát hiện và cảm biến quang học có độ chính xác cao và tốc độ cao. Trong hệ thống LiDAR, nguồn sáng laser quét không gian hiệu quả là cốt lõi để hiện thực hóa chức năng phát hiện và cảm biến radar. Các giải pháp kỹ thuật để hiện thực hóa chức năng quét chùm tia được chia thành quét chùm tia thụ động và quét chùm tia chủ động. Quét chùm tia thụ động bao gồm LIDAR Hệ thống vi cơ điện tử bán rắn (MEMS) thực hiện quét chùm tia không gian thông qua chuyển động quay cơ học và Mảng pha quang học toàn rắn (OPA), thực hiện quét chùm tia không gian bằng cách thay đổi ống dẫn sóng. (OPA), làm lệch chùm tia và đạt được khả năng quét không cơ học bằng cách thay đổi hình học hoặc phân bố chiết suất của ống dẫn sóng. Không giống như các sơ đồ quét thụ động hiện có như MEMS và OPA, quét chùm tia chủ động (ABS) sử dụng nguồn sáng phát ra chủ động để quét, có thể cải thiện hiệu quả hiệu suất chuyển đổi năng lượng của hệ thống, tăng công suất đầu ra và giảm độ phức tạp của hệ thống không gian.
Gần đây, một nhóm viện sĩ Zheng Wanhua từ Viện Bán dẫn, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, cùng với một nhóm của Peng Chaojieqing thuộc Đại học Bắc Kinh, đã thực hiện quét chùm tia laser chủ động được tiêm điện dựa trên Laser phát xạ bề mặt tinh thể quang tử (PCSEL). Cấu trúc này lấy AlGaInAs làm môi trường khuếch đại và sử dụng tinh thể quang tử có kích thước hữu hạn để lượng tử hóa các dải năng lượng liên tục thành các chế độ rời rạc, thu được các chế độ đa bậc tương ứng với sự kích thích các góc phân tán khác nhau trong trường xa; kết hợp với điều chế sóng mang, các chế độ bậc khác nhau được kích thích dưới các dòng điện tiêm khác nhau, do đó thực hiện quét chùm tia chủ động. PCSEL được tiêm điện cung cấp hỗ trợ thành phần cho radar quét không gian laser chủ động 2D.
Nguồn hiện tại được sử dụng để điều khiển tia laser ở tốc độ cao để thực hiện quét chùm tia ở tốc độ lên đến 1 MHz, cải thiện tốc độ quét từ một đến hai cấp độ so với sơ đồ MEMS truyền thống. Tia laser có thể tăng quy mô cảm biến đồng thời, tính linh hoạt và giảm mức tiêu thụ điện năng. Một mặt, tia laser là một trong những tuyến công nghệ hứa hẹn nhất cho LIDAR, hình ảnh laser và cảm biến laser, đồng thời cung cấp cơ chế điều khiển mới cho radar mảng pha chủ động; mặt khác, đặc điểm phát xạ bề mặt của nó có những lợi thế độc đáo trong các lĩnh vực phát hiện cảm biến, tích hợp quang tử và mảng quy mô lớn.
Kết quả, có tiêu đề "Active Beam Steering Enabled by Photonic-Crystal Surface Emitting Laser", đã được công bố vào ngày 11 tháng 7 trên American Chemical Society Nano (ACS Nano). -Nano (DOI: 10.1021/acsnano.3c09793). Mingjin Wang, một nhà nghiên cứu trẻ của Viện Bán dẫn (ISS), và Feifan Wang, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ của Đại học Bắc Kinh (Peking University), là đồng tác giả đầu tiên của bài báo, và Wanhua Zheng, một học giả của ISS, và Chao Peng, một giáo sư của Đại học Bắc Kinh, là đồng tác giả liên lạc.
Công trình này được hỗ trợ bởi Chương trình nghiên cứu và phát triển trọng điểm quốc gia Trung Quốc và Quỹ khoa học tự nhiên quốc gia Trung Quốc.
Hình 1 Lượng tử hóa PCSEL của các dải năng lượng liên tục thành các chế độ rời rạc
Hình 2 Quét chùm tia tốc độ cao
