可编程光学装置以前所未有速度控制光,有望赋能激光雷达和通信系统

MEMS 2022-12-05 00:00

来源:科技日报

由美国麻省理工学院(MIT)科学家主导的一个国际研究小组在最新一期《自然·光子学》杂志上发表论文称,他们历时4年,研制出一款可编程无线光学装置,能以前所未有的、比现有商业设备快几个数量级的速度控制光,如将光束聚焦在特定方向或控制光线的强度等。这种装置可用于为自动驾驶汽车创建超快激光雷达(LiDAR),也有望催生高性能通信系统。  

新装置是一款空间光调制器(SLM),这是一种通过控制光的发射特性来操纵光的装置:SLM转换通过的光束,将其聚焦在一个方向或折射到多个位置以生成图像。在SLM内部,二维光调制器阵列控制光,但光的波长只有几百纳米,因此为了精确控制高速光,SLM需要一个极其密集的纳米级控制器阵列。在最新研究中,研究人员使用光子晶体微腔阵列实现了这一目标。

研究人员解释说,当光进入空腔时,尽管只在其中停留大约一纳秒,但足够精确操纵光。通过改变微腔的反射率,他们可以控制光线如何逃逸。此外,控制微腔阵列可以调制整个光场,从而快速准确地控制光束。该团队还使用微型LED显示器来控制SLM,这意味着微腔阵列不仅可以编程和重新配置,而且可以完全无线操控。

研究团队还与美国空军研究实验室合作,开发出一种高度精确的大规模制造工艺,确保光学装置质量保持近乎完美。

研究论文第一作者克里斯托弗·帕努斯基表示:“该装置在空间和时间上都表现出对光场近乎完美的控制,朝着在空间和时间上完全控制光这一最终目标迈出了一大步。”

研究团队指出,最新装置可用于为自动驾驶汽车创建超快激光雷达,其对场景的成像速度比现有机械系统快100万倍;还可提高大脑扫描仪的运行速度,生成分辨率更高的图像;也有望催生能够超快传输大量信息的设备,如高性能通信系统。目前,他们正在努力制造更大的装置,用于量子控制或超快传感和成像。

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