集成于VCSEL陣列上的快速二維光束操縱器件

據(jù)麥姆斯咨詢王懿報(bào)道，近日，美國德克薩斯大學(xué)阿靈頓分校（University of Texas at Arlington）電氣工程系的Weidong Zhou教授正在領(lǐng)導(dǎo)研發(fā)一種用于自動(dòng)駕駛汽車3D傳感的激光束操縱器件。

為了制造上述器件，Weidong Zhou教授將使用為期四年、價(jià)值40萬美元的美國國家科學(xué)基金會(huì)（U.S. National Science Foundation）資助，該項(xiàng)目名稱是直接集成在高功率VCSEL陣列上的快速二維光束操縱器件（Fast 2D Beam Steering Device Integrated Directly on High Power VCSEL Arrays）。

德克薩斯大學(xué)阿靈頓分校Weidong Zhou教授

Weidong Zhou教授評(píng)論說：“我們正在研究一種基于光子晶體腔（納米光子結(jié)構(gòu)）電調(diào)諧的光束操縱器件。目前，很多激光雷達(dá)都采用機(jī)械運(yùn)動(dòng)的方式來操縱光束方向，但這種方式又慢又笨重。而我們正在做的研究將使得光束操縱更快、更緊湊、更可靠。”

高速光束操縱在許多新興應(yīng)用中都很重要，包括自動(dòng)駕駛、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）、自由空間通信、3D傳感和成像系統(tǒng)。Weidong Zhou說道：“該研究項(xiàng)目中使用的VCSEL也被用于計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)、光纖通信、人臉識(shí)別、智能手機(jī)、激光打印機(jī)和智能眼鏡?！?

“VCSEL陣列可以為高性能激光探測(cè)和測(cè)距系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)顛覆性的應(yīng)用?！盬eidong Zhou說，“此外，該研究項(xiàng)目還為學(xué)生教育和培訓(xùn)提供了一個(gè)很好的平臺(tái)，幫助光電子、光學(xué)、半導(dǎo)體、傳感和成像、納米技術(shù)和制造領(lǐng)域的人才做好準(zhǔn)備?！?

德克薩斯大學(xué)阿靈頓分校電氣工程系主任Diana Huffaker表示：“Weidong Zhou的研究項(xiàng)目申請(qǐng)可能會(huì)涉及整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)。一個(gè)新時(shí)代的光束操縱器件將使光束操縱變得如此迅速和輕松，將加速半導(dǎo)體世界的許多方面創(chuàng)新應(yīng)用，可以徹底改變這個(gè)世界?！?

MEMS微鏡改善汽車激光雷達(dá)

法國CEA-Leti近期宣布了一項(xiàng)研究計(jì)劃——正在改進(jìn)用于汽車激光雷達(dá)的MEMS微鏡。這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)旨在從100米遠(yuǎn)處檢測(cè)汽車輪胎（150毫米高）。該研究成果源自歐洲Vizta項(xiàng)目，并受到三項(xiàng)新專利的保護(hù)。

這款用于汽車激光雷達(dá)的MEMS微鏡雖然很小（2毫米寬），但卻是反射激光束并引導(dǎo)激光束的重要組件，這要?dú)w功于其可以實(shí)現(xiàn)二維掃描，助力激光雷達(dá)檢測(cè)車輛、行人和障礙物。CEA-Leti開發(fā)的創(chuàng)新技術(shù)將增加激光雷達(dá)的視場(chǎng)和安全性，并降低功耗和制造成本。

為了改進(jìn)用于移動(dòng)MEMS微鏡的驅(qū)動(dòng)機(jī)制，研究人員采用PZT壓電驅(qū)動(dòng)解決方案（僅需要20V電壓）取代了傳統(tǒng)的靜電或電磁驅(qū)動(dòng)解決方案（靜電驅(qū)動(dòng)需要150V電壓）。這種創(chuàng)新的解決方案還消除了電磁驅(qū)動(dòng)所需的笨重磁鐵。

CMOS兼容的制造工藝

這款創(chuàng)新的MEMS微鏡設(shè)計(jì)用于1550 nm波長激光雷達(dá)，以限制人眼安全風(fēng)險(xiǎn)并支持遠(yuǎn)程激光雷達(dá)應(yīng)用所需的高功率激光束。為了實(shí)現(xiàn)這一改進(jìn)，研究人員利用沉積在硅上的布拉格層取代了慣用的金反射鏡面。

該解決方案具有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：首先，反射鏡面的吸收能力降低了四倍，因此不易因激光而過熱，從而可以增加入射功率。其次，該布拉格層可以使用CMOS兼容的制造工藝進(jìn)行沉積，從而降低制造成本。

為了提升行人的視覺安全，研究人員增加了一種自診斷功能，可以在MEMS微鏡不動(dòng)時(shí)關(guān)閉激光。作為Vizta項(xiàng)目框架的一部分進(jìn)行的研究還包括光學(xué)特性測(cè)試臺(tái)、封裝技術(shù)和專用的電子試驗(yàn)接口。該MEMS微鏡被集成到工業(yè)合作伙伴現(xiàn)有的3D激光雷達(dá)系統(tǒng)中，并確認(rèn)了其與預(yù)期目標(biāo)的兼容性。為了以更高的精度掃描場(chǎng)景的特定部分，研究人員將繼續(xù)改進(jìn)鏡面控制。