Light Detection And Ranging (LiDAR) adalah solusi utama untuk menyediakan deteksi dan penginderaan optik dengan presisi tinggi dan kecepatan tinggi. Dalam sistem LiDAR, sumber cahaya laser yang memindai ruang secara efektif adalah inti untuk mewujudkan fungsi deteksi dan penginderaan radar. Solusi teknis untuk mewujudkan pemindaian sinar dibagi menjadi pemindaian sinar pasif dan pemindaian sinar aktif. Pemindaian sinar pasif meliputi LIDAR Sistem Mikro-Elektro-Mekanik (MEMS) semi-padat, yang mewujudkan pemindaian sinar spasial melalui rotasi mekanis, dan Optical Phased Array (OPA) serba-padat, yang mewujudkan pemindaian sinar spasial dengan mengubah pemandu gelombang. (OPA), yang membelokkan sinar dan mencapai pemindaian bebas mekanis dengan mengubah geometri atau distribusi indeks bias pemandu gelombang. Tidak seperti skema pemindaian pasif yang ada seperti MEMS dan OPA, pemindaian sinar aktif (ABS) menggunakan sumber cahaya yang dipancarkan secara aktif untuk pemindaian, yang secara efektif dapat meningkatkan efisiensi konversi energi sistem, meningkatkan daya keluaran, dan mengurangi kompleksitas sistem ruang angkasa.
Baru-baru ini, tim akademisi Zheng Wanhua dari Institut Semikonduktor, Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok, bersama dengan tim Peng Chaojieqing dari Universitas Peking, mewujudkan pemindaian berkas laser spasial aktif yang disuntikkan secara elektrik berdasarkan Laser Pemancar Permukaan Kristal Fotonik (PCSEL). Struktur tersebut menggunakan kuantum AlGaInAs sebagai media penguatan, dan menggunakan kristal fotonik berukuran terbatas untuk mengkuantisasi pita energi kontinu ke dalam mode diskrit, memperoleh mode multi-orde yang sesuai dengan eksitasi sudut dispersi yang berbeda di medan jauh; dikombinasikan dengan modulasi pembawa, mode orde yang berbeda dieksitasi di bawah arus injeksi yang berbeda, sehingga mewujudkan pemindaian berkas aktif. PCSEL yang disuntikkan secara elektrik menyediakan dukungan komponen untuk radar pemindai ruang laser aktif 2D.
Sumber arus digunakan untuk menggerakkan laser pada kecepatan tinggi guna mewujudkan pemindaian berkas pada kecepatan hingga 1 MHz, yang merupakan peningkatan satu hingga dua kali lipat dalam kecepatan pemindaian dibandingkan dengan skema MEMS tradisional. Laser mampu meningkatkan skala penginderaan bersamaan, fleksibilitas, dan mengurangi konsumsi daya. Di satu sisi, laser merupakan salah satu rute teknologi yang paling menjanjikan untuk LIDAR, pencitraan laser, dan penginderaan laser, serta menyediakan mekanisme kontrol baru untuk radar array bertahap aktif; di sisi lain, karakteristik emisi permukaannya memiliki keunggulan unik dalam bidang deteksi penginderaan, integrasi fotonik, dan array skala besar.
Hasilnya, berjudul "Active Beam Steering Enabled by Photonic-Crystal Surface Emitting Laser", dipublikasikan pada tanggal 11 Juli di American Chemical Society Nano (ACS Nano). -Nano (DOI: 10.1021/acsnano.3c09793). Mingjin Wang, seorang peneliti muda dari Institute of Semiconductors (ISS), dan Feifan Wang, seorang peneliti pascadoktoral dari Peking University (Peking University), adalah penulis pertama bersama dari makalah tersebut, dan Wanhua Zheng, seorang akademisi dari ISS, dan Chao Peng, seorang profesor dari Peking University, adalah penulis korespondensi bersama.
Pekerjaan ini didukung oleh Program Penelitian dan Pengembangan Utama Nasional Tiongkok dan Yayasan Ilmu Pengetahuan Alam Nasional Tiongkok.
Gambar 1 Kuantisasi pita energi kontinu PCSEL menjadi mode diskrit
Gbr. 2 Pemindaian sinar kecepatan tinggi
