Een KAIST-onderzoeksteam ontwikkelde een silicium optische phased array (OPA) chip, die een kerncomponent kan zijn voor driedimensionale beeldsensoren. Dit onderzoek werd mede geleid door Ph.D. kandidaat Seong-Hwan Kim en Dr. Jong-Bum You van het National Nanofab Center (NNFC).

Een 3D-beeldsensor voegt afstandsinformatie toe aan een tweedimensionaal beeld, zoals een foto, om het te herkennen als een 3D-beeld. Het speelt een cruciale rol in verschillende elektronica, waaronder autonome voertuigen, drones, robotten, en gezichtsherkenningssystemen, die een nauwkeurige meting van de afstand tot objecten vereisen.

Veel auto- en dronebedrijven richten zich op de ontwikkeling van 3D-beeldsensorsystemen, gebaseerd op mechanische lichtdetectie- en afstandssystemen (LiDAR). Echter, het kan slechts zo klein worden als de grootte van een vuist en heeft een grote kans op defecten omdat het een mechanische methode gebruikt voor laserstraalbesturing.

OPA's hebben veel aandacht gekregen als een belangrijk onderdeel om solid-state LiDAR te implementeren, omdat het de lichtrichting elektronisch kan regelen zonder bewegende delen. OPA's op basis van silicium zijn klein, duurzaam, en kan in massa worden geproduceerd via conventionele Si-CMOS-processen.

Echter, bij de ontwikkeling van OPA's, er is een groot probleem gerezen over hoe een brede bundelbesturing in transversale en longitudinale richtingen kan worden bereikt. In de transversale richting, een brede straalbesturing is geïmplementeerd, relatief gemakkelijk, via een thermo-optische of elektro-optische besturing van de faseverschuivers geïntegreerd met een 1D-array. Maar de langsstraalbesturing is een technische uitdaging gebleven, aangezien slechts een smalle besturing mogelijk was met dezelfde 1D-array door de golflengten van licht te veranderen, die moeilijk te implementeren is in halfgeleiderprocessen.

Als een lichtgolflengte verandert, kenmerken van element apparaten bestaande uit de OPA kunnen variëren, wat het moeilijk maakt om de lichtrichting betrouwbaar te regelen en om een ​​laser met afstembare golflengte op een op silicium gebaseerde chip te integreren. Daarom, het is essentieel om een ​​nieuwe structuur te bedenken die het uitgestraalde licht gemakkelijk kan aanpassen in zowel transversale als longitudinale richtingen.

Door de afstembare radiator te integreren, in plaats van afstembare laser in een conventionele OPA, Professor Hyo-Hoon Park van de School of Electrical Engineering en zijn team ontwikkelden een ultrakleine, low-power OPA-chip die een brede 2D-straalsturing mogelijk maakt met een monochromatische lichtbron.

Deze OPA-structuur maakt het minimaliseren van de 3D-beeldsensoren mogelijk, zo klein als het oog van een libel.

Volgens de ploeg de OPA kan functioneren als een 3D-beeldsensor en ook als een draadloze zender die de beeldgegevens in een gewenste richting stuurt, waardoor hoogwaardige beeldgegevens vrijelijk tussen elektronische apparaten kunnen worden gecommuniceerd.

Kim zei, "Het is geen gemakkelijke taak om een ​​afstembare lichtbron te integreren in de OPA-structuren van eerdere werken. We hopen dat ons onderzoek dat een afstembare radiator voorstelt een grote stap zet in de richting van de commercialisering van OPA's."

Dr. U heeft toegevoegd, "We zullen toepassingsonderzoeken van 3D-beeldsensoren kunnen ondersteunen, speciaal voor gezichtsherkenning met smartphones en augmented reality-diensten. We zullen proberen een verwerkingsplatform in NNFC voor te bereiden dat kerntechnologieën biedt voor de fabricage van 3D-beeldsensoren."