Radares de luz miniaturizados com luz guiada eletronicamente

Redação do Site Inovação Tecnológica - 12/08/2022

Cada feixe de luz é movido eletronicamente, sem a necessidade de microespelhos.
[Imagem: Hao Hu/TUD]

Lidar

Pesquisadores dinamarqueses desenvolveram uma nova tecnologia de direcionamento de luz de estado sólido, embutida dentro de um chip, que oferece uma rota promissora para sistemas Lidar pequenos, econômicos e de alto desempenho.

O Lidar (Light Detection And Ranging), também conhecido como radar de luz, usa pulsos de laser para capturar informações em 3D sobre uma cena ou objeto.

Ele já é usado em uma ampla gama de aplicações, como carros sem motorista, comunicações ópticas de espaço livre, holografia 3D, sensoriamento biomédico e realidade virtual.

Com tanta versatilidade e capacidade, tudo o que falta é miniaturizar o radar de luz, já que os equipamentos atuais são grandes, consomem muita energia e dependem de dispositivos mecânicos, microespelhos que precisam se movimentar para direcionar os feixes de luz para que eles varram toda a cena.

"O direcionamento de feixe óptico é uma tecnologia-chave para os sistemas Lidar, mas os sistemas convencionais de direção de feixe baseados em mecânica são volumosos, caros, sensíveis à vibração e limitados em velocidade," disse Hao Hu, da Universidade Técnica da Dinamarca. "Embora dispositivos conhecidos como matrizes ópticas em fase (OPAs), baseadas em chip, possam direcionar a luz de maneira rápida e precisa de maneira não-mecânica, até agora esses dispositivos apresentam baixa qualidade de feixe e um campo de visão tipicamente abaixo de 100 graus."

Teste do chip guiador de luz.
[Imagem: Yong Liu et al. - 10.1364/OPTICA.458642]

Guia de luz de estado sólido

As OPAs (matrizes ópticas em fase) direcionam a luz controlando eletronicamente o perfil de fase para formar padrões de luz específicos. A maioria usa uma matriz de guias de onda para emitir muitos feixes de luz e, em seguida, aplica uma interferência no campo distante (longe do emissor) para formar o padrão.

No entanto, esses emissores de guia de onda são tipicamente espaçados uns dos outros, gerando múltiplos feixes no campo distante, o que cria um efeito conhecido como serrilhamento (aliasing). Para evitar esse serrilhamento e alcançar um campo de visão de 180°, os emissores precisam estar próximos, mas isso causa forte interferência entre emissores adjacentes e degrada a qualidade do feixe. Assim, até agora, havia um perde-ganha entre o campo de visão e a qualidade do feixe.

Para superar essa dificuldade, os pesquisadores projetaram um novo tipo de OPA que substitui os múltiplos emissores por uma grade traçada em uma pastilha, de forma a criar um único emissor. Essa configuração elimina o erro de serrilhamento porque os canais adjacentes na grade podem ficar muito próximos uns dos outros. E o acoplamento entre os canais adjacentes não é prejudicial porque tudo funciona no campo próximo (próximo ao único emissor) - a luz pode então ser emitida para o campo distante com o ângulo desejado.

"Nossa nova OPA baseada em chip mostra um desempenho sem precedentes e supera os problemas de longa data das OPAs ao obter simultaneamente direcionamento de feixe 2D sem serrilhamento em todo o campo de visão de 180°, e alta qualidade do feixe, com um baixo nível de lóbulo lateral," disse Hu.

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