SiN‐On‐SOI Optischer Phasenarray LiDAR für ultraweiten Sichtfeld und 4D-Sensorik

Zusammenfassung 3D-Bildgebungstechniken erleichtern autonomen Fahrzeugen den Aufbau intelligenter Systeme. Optische Phasenarrays (OPAs), die durch vollwertige Festkörpersysteme gekennzeichnet sind, werden zu einer vielversprechenden Lösung für die 3D-Bildgebung. Allerdings leiden die meisten hochmodernen OPAs häufig unter schwerer Leistungsabwägung am Rand des Sichtfelds (FoV), was zu einem begrenzten effektiven FoV und verschlechterter 3D-Bildqualität führt. Hier wird die gekoppelte Gitterantenne und das Nonius-Konzept synergistisch genutzt, um ein neuartiges OPA zu entwerfen, das eine rekordverdächtige breite 160°-FoV 3D-Bildgebung realisiert. Durch die gekoppelte Antenne zeigt das OPA eine weniger als 3-dB-Bestrahlungsleistungsvariation innerhalb des 160°-FoV. Darüber hinaus werden zwei OPAs mit unterschiedlichen Spaltweiten monolithisch integriert, um einen quasi-coaxialen Vernier OPA-Transceiver zu bilden. Mit Hilfe eines flachen Bestrahlungsleistungsprofils, das von den gekoppelten Antennen bereitgestellt wird, zeigt das OPA eine gleichmäßige Strahlqualität bei einem beliebigen Steuerwinkel. Die überlegene Strahlsteuerungsleistung ermöglicht es dem OPA, eine 160°-breite FoV 3D-Bildgebung basierend auf dem frequenzmodulierten kontinuierlichen Wellen (FMCW) LiDAR-Schema zu realisieren. Die Reichgenauigkeit beträgt 5,5 mm. Darüber hinaus wird das OPA auch für Geschwindigkeitsmessungen zur 4D-Sensorik eingesetzt. Nach besten Wissen ist dies die erste experimentelle Implementierung eines Vernier OPA LiDAR zur 3D-Bildgebung, um ein bemerkenswertes FoV zu erreichen.