普渡大學(Purdue University)和斯坦福在學的研究人員相信,他們已經開發出一種新奇的激光感知技術,它比現有技術更強大,更便宜,有著廣泛的用途,例如,我們可以用激光引導無人駕駛汽車。
研究人員說,與傳統尖端激光束控制裝置相比,新技術處理速度更快,傳統設備使用了相控天線陣列。普渡大學、斯坦福大學開發的激光束控制裝置正在接受測試,它是以光與物質的相互作用作為基礎開發的,硅超表面與短光脈沖會發生作用,脈沖可以由包含頻率梳光譜的鎖模激光器發出。新激光束控制裝置可以以納秒或者皮秒的速度掃描大范圍場景,當前技術需要的時間以微秒計算。
斯坦福材料科學與工程博士后研究員沙勒圖特(Amr Shaltout)認為:“與現有技術相比,新技術簡單很多,能耗也低很多。”他還說:“這種技術將兩個完全不同的領域融合在一起,一是納米光子超表面技術,還有就是超快光學技術。”
激光束控制技術是一種相當關鍵的技術,它可以用在許多地方,比如導航、太空飛行、雷達應用、成像、標簽掃描、機器人、考古、繪圖、大氣物理等領域。提高激光掃描速度與更高的幀速率有關,與還提高圖像分辨率有關。
普渡大學教授沙拉耶夫(Vladimir Shalaev)認為:“沙勒圖特的概念相當厲害,老實說,我們有點吃驚,概念如此簡單,效率如此高,比目前人們使用的技術簡單很多,快很多,為什么之前沒有人嘗試過呢?”他還認為,這一成果是普渡和斯坦福傾力合作的結果。
研究人員認為,它們開發的技術是一種“芯片兼容技術”,不需要額外的能量。新技術以光與物質的相互作用作為基礎開發的,一邊是超表面,一邊是短脈沖,這種短脈沖來自鎖模激光器,上面裝有等距鎖相頻率線。還有一個比較關鍵的地方:新技術用到超表面,超表面來自帶圖案的硅薄膜。
自動駕駛汽車用光偵測測距,或者使用激光雷達,激光雷達與雷達相似,它會發射紅外或者可見光,脈沖碰到物體之后反射,激光雷達測量從發射到反射回來所花的時間,制成圖像。現在我們會在無人駕駛汽車車頂看到旋轉設備,激光雷達可以取代這種設備。問題在于,當前的技術太過昂貴。
沙勒圖特說,使用光子超表面是一個關鍵的新突破。他還說,超表面為光電設計提供了更簡單、更緊湊、更節能的解決方案。將兩種技術結合在一起就可以讓方案變得更簡單。
在目前使用的相位陣列光學技術中,每一根天線的輻射都要單獨控制。在沙勒圖特開發的系統中,每一個部分發出的光頻率稍有不同,也就是說沒有必要持續控制每一根天線,處理時消耗的電量也會減少。
沙勒圖特認為,他們之所以能成功,跨學科研究是關鍵。他說:“有時,行業之外的人會幫助我們,讓我們看清解決方案,找到解決方案,解決不同領域的問題,將它們聯系在一起。”
現在研究人員要優化技術,讓新技術從實驗室走出來,進入現實世界。他們正在尋找投資者、合伙人,可能還會將技術授權給他人使用。最開始時,新技術可能會在部分地方出現,比如裝進店鋪掃描設備,被機場使用,然后才會進入自動駕駛汽車,甚至被手機制造商使用。
沙勒圖特認為:“看起來這是一門破壞性的技術,它可能讓給行業帶來翻天覆地的變化,這個行業相當巨大,是新興產業。”