Onderzoekers van Purdue University en Stanford University zijn van mening dat ze een nieuwe laserlichtdetectietechnologie hebben gevonden die robuuster en goedkoper is dan momenteel beschikbaar is met een breed scala aan toepassingen, inclusief een manier om volledig autonome voertuigen te begeleiden.

De onderzoekers zeggen dat hun innovatie orden van grootte sneller is dan conventionele geavanceerde laserstraalbesturingsapparaten die gebruik maken van gefaseerde antenne-array-technologie. De laserstraalbesturing die wordt getest en gebruikt door Purdue en Stanford, is gebaseerd op licht-materie-interactie tussen een op silicium gebaseerd meta-oppervlak en korte lichtpulsen die bijvoorbeeld worden geproduceerd door een laser met modusvergrendeling met een frequentiekamspectrum. Zo'n straalgestuurd apparaat kan een grote beeldhoek in nanoseconden of picoseconden scannen in vergelijking met de microseconden die de huidige technologie nodig heeft.

"Deze technologie is veel minder complex en verbruikt minder stroom dan bestaande technologieën, " zei Amr Shaltout, een postdoctoraal onderzoeker in Materials Science and Engineering aan Stanford die het idee voor de methode bedacht.

"De technologie combineert twee verschillende gebieden van nanofotonische meta-oppervlakken en ultrasnelle optica."

Laserstraalbesturing is een essentiële technologie die kan worden gebruikt in een groot aantal verschillende gebieden, waaronder navigatie, ruimtevluchten, radar toepassingen, in beeld brengen, tag-scanners, robotica, archeologie, mapping en atmosferische fysica. Sneller laserscannen is direct gerelateerd aan hogere framesnelheden en verbeterde beeldresolutie.

Shaltout bedacht het concept terwijl hij zijn Ph.D. van de Vladimir Shalaev-onderzoeksgroep aan Purdue's School of Electrical and Computer Engineering en schetste het aan Stanford toen hij samenwerkte met de onderzoeksgroep van Mark Brongersma.

"Het idee van Amr is zo krachtig dat we oprecht verrast waren dat niemand het eerder deed, omdat het zo eenvoudig is, zo efficiënt, veel gemakkelijker dan wat mensen tot nu toe gebruikten en veel sneller werkt, " zei Shalaev, de Bob en Anne Burnett Distinguished Professor of Electrical and Computer Engineering aan Purdue. Dit als een prachtig voorbeeld van een vruchtbare samenwerking tussen Purdue en Stanford."

De onderzoekers zeggen dat hun innovatie chip-compatibele technologie is die geen extra energiebronnen vereist. Het is gebaseerd op licht-materie-interactie tussen meta-oppervlakken en korte pulsen van lasers met modusvergrendeling en frequentielijnen met gelijke afstanden. Een ander belangrijk element is het gebruik van een meta-oppervlak op basis van een patroon van siliciumfilm.

"Dat is de basis voor alle elektronische schakelingen op nanoschaal om deze opwindende functionaliteit te geven die de straalsturing mogelijk maakt, zei Brongersma, een professor in Stanford's Department of Materials Science and Engineering.

Autonome auto's zijn afhankelijk van lichtdetectie en bereik, of lidar, die vergelijkbaar is met radar, zendt in plaats daarvan infrarood of zichtbaar licht uit dat meet hoe lang het duurt voordat de pulsen terugkaatsen van objecten en hun afbeeldingen maken. Het zou het draaiende apparaat vervangen dat vaak op daken van autonome auto's wordt gezien. Maar die bestaande technologie blijft duur als bedrijven zoeken naar manieren om de snelgroeiende autonome auto-industrie te transformeren.

Shaltout zei dat het gebruik van fotonische meta-oppervlakken de sleutel was tot de nieuwe vooruitgang. Hij zei dat meta-oppervlakken eenvoudige, compacte en energiezuinige oplossingen voor fotonica-ontwerp. De combinatie van deze twee technologieën zorgt voor een veel eenvoudigere aanpak.

In de huidige phased-array optische technologie, elke antenne moet worden gecontroleerd in wat het individueel uitstraalt. Onder het systeem van Shaltout, elk van de structuren zendt iets andere frequenties uit, wat betekent dat het niet nodig is om elke afzonderlijke antenne continu te adresseren en tijdens dat proces stroom te verbruiken.

Shaltout zei dat een interdisciplinaire oplossing de belangrijkste factor was.

"Soms helpt het werken buiten ons vakgebied ons om te zien, om oplossingen te vinden voor problemen op verschillende gebieden en ze gewoon aan elkaar te koppelen, " hij zei.

De uitdaging voor de onderzoekers is nu om de innovatie op te schalen en van het laboratorium naar de echte wereld te verplaatsen. Ze zoeken investeerders, partners of mogelijk licentieovereenkomsten terwijl ze werken aan het verder opschalen van de technologie. De eerste ontwikkelingen zijn mogelijk op gebieden zoals scanapparatuur in winkels, luchthavens of in veel andere gebieden alvorens over te gaan naar autonome auto's en fabrikanten van originele auto-uitrustingen.

"Dit lijkt een disruptieve oplossing te zijn die een groot verschil kan maken in deze enorme, opkomende industrie, ' zei Shalaev.