Новый тип лидара создан под руководством DARPA

Использование немеханических технологий открывает новые возможности миниатюризации, снижения стоимости и повышения надежности лидаров для военного и коммерческого использования 2 Июнь 2015, 07:09

Многие важнейшие военные системы — автономная навигация, химико-биологические датчики, точное целеуказание, связь — все чаще полагаются на технологии лазерного сканирования. К примеру — лидары, которые позволяют получать детальнейшую информацию об объектах, находящихся на большом удалении от наблюдателя. Правда, у всех таких систем имеется слабое место — в их конструкции используются механические узлы для быстрого изменения направления сканирующего луча. Эти немаленькие, медленные опто-механические системы чувствительны к изменениям температуры и физическим воздействиям, а их стоимость нередко достигает десятков тысяч долларов — все эти факторы ограничивают широкое внедрение современных технологий для военного и коммерческого использования.

В рамках инициированной DARPA программы SWEEPER (Short-range Wide-field-of-view Extremely agile Electronically steered Photonic EmitteR, «широкоугольный сверхбыстрый электронно управляемый фотонный эмиттер ближнего действия») инженерам удалось успешно интегрировать немеханическую технологию оптического сканирования на микрочип. Отказ от традиционной конструкции с использованием карданова подвеса, линз и сервоприводов позволил перемещать луч лазера из одного положения в другое 100 тысяч раз в секунду, что в десятки тысяч раз превышает возможности современных механических систем. Технология SWEEPER может управлять высокоточным лазером в пределах 51-градусного сектора — еще один рекорд для сверхминиатюрных оптических сканирующих систем. Подобные достижения позволят создать новый класс миниатюрных, дешевых и надежных технологий лазерного сканирования для лидаров и других систем.  

Технология SWEEPER будет в дальнейшем прорабатываться в рамках программы E-PHI (Electronic-Photonic Heterogeneous Integration, «электронно-фотонная гетерогенная интеграция»), в ходе выполнения которой уже удалось успешно интегрировать миллиарды светоизлучающих точек на кремниевую основу и создать эффективный «кремниевый лазер».

Отказ от традиционной конструкции лидара с использованием карданова подвеса, линз и сервоприводов позволяет перемещать луч лазера из одного положения в другое 100 тысяч раз в секунду, что в десятки тысяч раз превышает возможности современных механических систем

«Отыскав немеханический способ управления лазером, мы сможем превратить самый большой и наиболее дорогой компонент системы лазерного сканирования в недорогое, массовое, надежное решение, для производства которого можно использовать те же технологические процессы, что и для кремниевых микросхем, — прокомментировал пресс-релиз руководитель программы Джош Конвей (Josh Conway). — Эта демонстрация возможностей оптической фазированной антенной решетки может привести к появлению совершенно новых возможностей для многочисленных военных и коммерческих разработок, в том числе автономных транспортных средств, роботов, датчиков и сверхбыстрых систем связи». 

Фазированные антенные решетки (ФАР) — специально разработанные поверхности, которые изменяют направление излучения электромагнитных сигналов с помощью изменения фазы в каждой отдельной миниатюрной антенне, входящих в массив-решетку. ФАР преобразовали радиочастотные технологии, позволив реализовать несколько сверхбыстрых сканирующих лучей и возможность формировать массивы на криволинейных поверхностях. DARPA одним из первых начало разработку радиолокационных ФАР в 1960-х и неоднократно играло ключевую роль в продвижении их в последующие десятилетия.

Переход от радиочастот к частотам оптического диапазона в технологиях ФАР оказался исключительно сложным — длина таких электромагнитных волн в тысячи раз меньше тех, которые используются в радиолокации. Это означает, что элементы массива должны быть размещены на расстоянии всего лишь нескольких микронов друг от друга. Дефекты структуры при изготовлении или в результате внешних воздействий, не превышающие 100 нанометров, могут значительно снизить производительность устройства и даже нарушить работу всего массива. В ходе реализации SWEEPER удалось избежать подобных проблем, благодаря использованию твердотельных технологий, основанных на современных полупроводниковых производственных процессах.