Wetenschappers van het U.S. Naval Research Laboratory hebben onlangs een nieuwe, niet-mechanische, op chips gebaseerde straalbesturingstechnologie gedemonstreerd die een alternatief biedt voor dure, omslachtige en vaak onbetrouwbare en inefficiënte mechanische gimbal-achtige laserscanners.

de chip, bekend als een bestuurbare elektro-evanescente optische refractor, of ZIEN, neemt laserlicht in het middengolf-infrarood (MWIR) als ingang en stuurt de straal in twee dimensies aan de uitgang zonder dat er mechanische apparaten nodig zijn, wat een verbeterd stuurvermogen en hogere scansnelheden aantoont dan conventionele methoden.

"Gezien de geringe omvang, gewicht en stroomverbruik en continu stuurvermogen, deze technologie vertegenwoordigt een veelbelovend pad voorwaarts voor MWIR-straalbesturingstechnologieën, " zei Jesse Frantz, onderzoek fysicus, NRL Optische Wetenschappen Divisie. "Mapping in het MWIR-spectrale bereik toont nuttig potentieel in een verscheidenheid aan toepassingen, zoals chemische detectie en monitoring van emissies van afvallocaties, raffinaderijen, en andere industriële faciliteiten."

De SEEOR is gebaseerd op een optische golfgeleider - een structuur die licht opsluit in een reeks dunne lagen met een totale dikte van minder dan een tiende van die van een mensenhaar. Laserlicht komt binnen via één facet en beweegt in de kern van de golfgeleider. Eenmaal in de golfgeleider, een deel van het licht bevindt zich in een vloeibaar-kristallaag (LC) bovenop de kern. Een spanning die via een reeks elektroden met patronen op de LC wordt toegepast, verandert de brekingsindex (in feite de lichtsnelheid in het materiaal), in delen van de golfgeleider, waardoor de golfgeleider als een variabel prisma werkt. Door een zorgvuldig ontwerp van de golfgeleiders en elektroden kan deze verandering van de brekingsindex worden vertaald naar hoge snelheid en continue besturing in twee dimensies.

SEEOR's zijn oorspronkelijk ontwikkeld om kortegolf infrarood (SWIR) licht te manipuleren - hetzelfde deel van het spectrum dat wordt gebruikt voor telecommunicatie - en hebben toepassingen gevonden in geleidingssystemen voor zelfrijdende auto's.

"Het maken van een SEEOR die werkt in de MWIR was een grote uitdaging, "Zei Frantz. "De meeste gebruikelijke optische materialen zenden geen MWIR-licht uit of zijn niet compatibel met de golfgeleiderarchitectuur, dus het ontwikkelen van deze apparaten vereiste een hoogstandje van materiaaltechniek."

Om dit te bereiken, de NRL-onderzoekers ontwierpen nieuwe golfgeleiderstructuren en LC's die transparant zijn in de MWIR, nieuwe manieren om deze materialen te vormen, en nieuwe manieren om uitlijning in de LC's te induceren zonder te veel licht te absorberen. Deze ontwikkeling gecombineerde inspanningen over meerdere NRL-divisies, waaronder de Optical Sciences Division voor MWIR-materialen, ontwerp en fabricage van golfgeleiders, en het Centrum voor Bio/Molecular Science and Engineering voor synthetische chemie en vloeibare kristaltechnologie.

De resulterende SEEOR's waren in staat om MWIR-licht door een hoekbereik van 14 ° x 0,6 ° te sturen. De onderzoekers werken nu aan manieren om dit hoekbereik te vergroten en het deel van het optische spectrum waar SEEOR's werken nog verder uit te breiden. Volledige details van dit onderzoek zijn te vinden in de december 2018-editie van de Tijdschrift van de Optical Society of America .