研究人員開發(fā)利用“光子晶體”的新型光束掃描設(shè)備
從超市的條碼掃描器到新型智能手機上的攝像頭，激光掃描器是我們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚囊徊糠郑揽考す馄骱吞綔y器來實現(xiàn)精準(zhǔn)定位。 g]'RwI
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使用激光雷達（LiDAR）進行距離和物體識別正變得越來越普遍：反射的激光束記錄了周圍的環(huán)境，為自動駕駛汽車、農(nóng)業(yè)機械和工廠機器人提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)。 ;.=ZwM]C
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目前的技術(shù)實現(xiàn)方法是將激光束從移動的鏡子上反射出去，這種機械方法導(dǎo)致了較慢的掃描速度和不精確性，更不用說容納激光和鏡子的設(shè)備的巨大物理尺寸和復(fù)雜性。 &P+7Um(
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日本京都大學(xué)大學(xué)院工學(xué)研究科的研究小組在《Nature Communications》上發(fā)表文章，描述了利用“光子晶體”的新型光束掃描裝置，消除了對移動部件的需求。研究人員發(fā)現(xiàn)，改變晶格點的形狀和位置會導(dǎo)致激光束以獨特的方向發(fā)射，而不是將晶體的晶格點有序地排列在一起。 6x1 !!X+)+
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“一個光子晶體的晶格，看起來就像一塊瑞士奶酪，每個晶體都被計算出在一個特定的方向上發(fā)射光束，”領(lǐng)導(dǎo)該團隊的野田進（Susumu Noda）解釋說“通過消除機械鏡，我們制造出了一種更快、更可靠的光束掃描設(shè)備。” SF$] {
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圖1. 雙調(diào)制光子晶體，用于激光束掃描 E0;KTcZi
光子晶體激光器是一種“半導(dǎo)體激光器”，它的晶格點可以看作是納米級的天線，通過排列可以使激光束從表面垂直發(fā)射。但最初光束只能在二維平面上朝一個方向前進，團隊需要覆蓋更多的區(qū)域。周期性地排列天線位置，成功地改變了方向，但功率輸出的下降和變形的形狀使這一解決方案不可行。 #6XN_<
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“調(diào)制天線位置會導(dǎo)致相鄰天線發(fā)出的光相互抵消，”野田繼續(xù)說道，“這導(dǎo)致我們嘗試改變天線尺寸。最終，我們發(fā)現(xiàn)調(diào)整位置和尺寸都會導(dǎo)致看似隨機的光子晶體，產(chǎn)生準(zhǔn)確的光束，而沒有功率損耗。我們將其稱為‘雙調(diào)制光子晶體’�！� 'baew8Q#
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圖2. 片上雙調(diào)制光子晶體激光陣列的制造和表征 /~w!7 n<7
通過將這些晶體（每個晶體被設(shè)計成以獨特的方向發(fā)射光束）組織在一個矩陣中，該團隊能夠在不需要任何機械部件的情況下構(gòu)建一個緊湊的、可切換的二維光束掃描儀。 41c]o<!=)j
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科學(xué)家們已經(jīng)成功地構(gòu)建了一個可以在一百個不同方向上產(chǎn)生光束的掃描儀：分辨率為10×10。同時還將其與分歧的激光束結(jié)合起來，形成了一種新型的激光雷達，增強了探測物體的范圍。該團隊估計，如果進一步完善，分辨率可以提高900倍：達到300×300的分辨率范圍。 RC_w 1:h
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“起初，人們對看似如此隨機的結(jié)構(gòu)是否真的能發(fā)揮作用持懷疑態(tài)度，”野田總結(jié)道�！艾F(xiàn)在我們相信，我們能夠開發(fā)出一個小到可以握在指尖上的激光雷達系統(tǒng)�！� w" s; R8
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